Probenahme, Sortieren und Charakterisierung Mikroplastik in aquatischen Umgebungen mit hohen abgehängte Sedimentfracht und große schwimmende Trümmer
July 28th, 2018
Die meisten Microplastic Forschung bis jetzt aufgetreten in marinen Systemen wo abgehängte solide relativ niedrig sind. Fokus ist jetzt verschiebt sich auf Süßwasser-Systeme, die hohe Sedimentfracht und Treibgut bieten kann. Dieses Protokoll Adressen sammeln und Analysieren von Microplastic Proben von aquatischen Umgebungen, die hohe hängende solide Lasten enthalten.
Diese Methode wird den Forschern helfen, die Mikroplastikfracht in Flüssen zu quantifizieren, die oft hohe Sedimentfrachten enthalten, da sie eine Hauptquelle für Plastikmüll im Ozean sind. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie das Filtern und Sortieren von Mikroplastik und Wasserproben mit hohen Sedimentfrachten in Größen ermöglicht, die in früheren Studien normalerweise nicht berücksichtigt wurden. Spülen Sie zu Beginn das Filtergerät und die Nylongewebesiebe dreimal mit entionisiertem Wasser.
Setzen Sie dann die Maschensiebe in jede Verbindungsfuge ein, wobei die Ausgießgrößen von oben nach unten abnehmen. Um Undichtigkeiten zu vermeiden, dichten Sie jede Fuge fest ab. Befeuchten Sie anschließend einen Membranfilter aus Zellulosemischester mit entionisiertem Wasser.
Während der Filter noch feucht ist, falten Sie ihn zu einem Kegel. Setzen Sie dann einen Gitterkorb aus Edelstahl in die letzte Verschraubung ein. Legen Sie den zusammengeklappten Membranfilter vorsichtig in den Korb.
Falten Sie die Lippe des Filters über den Rand der Fuge. Platzieren Sie anschließend ein Maschensieb auf dem Membranfilter in der letzten Verbindungsfuge. Stellen Sie sicher, dass alle Verschraubungen dicht sind.
Befestigen Sie dann den Schlauch von der Oberseite des Filterkolbens an der Basis des Filtergeräts. Schalten Sie die Vakuumpumpe ein und stellen Sie sicher, dass der Druck 127 Milliliter Quecksilber nicht überschreitet. Messen Sie mit einem 500-Milliliter-Messzylinder das Gesamtvolumen der Probe.
Erfassen Sie anschließend das Volumen der Probe und übertragen Sie sie auf das Filtrationsgerät. Um den Filterkolben zu entleeren, schalten Sie die Pumpe aus und lösen Sie die beiden Schläuche vom Kolben. Leeren Sie dann den Kolben in einen Abfallbehälter.
Um den Filterzyklus fortzusetzen, schließen Sie die Schläuche wieder an und schalten Sie die Pumpe ein. Sobald die gesamte Probe filtriert wurde, spülen Sie den Probenbehälter und den Messzylinder dreimal mit entionisiertem Wasser aus. Nach jeder Spülung wird das entionisierte Wasser gefiltert, mit dem der Behälter und der Messzylinder gespült werden.
Spülen Sie die Wände des Filtergeräts dreimal mit entionisiertem Wasser ab. Schalten Sie dann die Vakuumpumpe aus und verwenden Sie eine Waschflasche mit entionisiertem Wasser, um die Ränder der Verbindungsfuge zu spülen. Schalten Sie die Pumpe aus und entfernen Sie mit einer Pinzette das Maschensieb aus dem Verbindungsstück.
Legen Sie das Sieb in eine abgedeckte Petrischale und trocknen Sie es bei 60 Grad Celsius für 24 Stunden. Wiederholen Sie diesen Vorgang für jede Verbindungsverbindung. Schalten Sie dann die Vakuumpumpe ein und spülen Sie die Ränder eines Membranfilters mit einer Waschflasche aus deionisiertem Wasser aus.
Waschen Sie die Partikel an den Rändern des Filters in die Mitte und stellen Sie sicher, dass das gesamte Wasser durch den Filter fließt. Verwenden Sie anschließend eine Pinzette, um den Membranfilter zu entfernen und zu entfalten. Legen Sie den Filter in eine Folienhülle und trocknen Sie ihn 24 Stunden lang bei 60 Grad Celsius.
Untersuchen Sie zunächst den Membranfilter unter einem Stereomikroskop. Vermutete Kunststoffe haben keine zelluläre Struktur. Die Fasern haben überall die gleiche Dicke und die Partikel erscheinen nicht glänzend.
Entfernen Sie verdächtige Kunststoffe aus dem Filter und geben Sie sie in ein Auffangfläschchen mit 70 % Ethanol. Notieren Sie die Farbe und Form jedes verdächtigen Kunststoffs. Bei Nylon-Netzsieben, die in Petrischalen gelagert werden, untersuchen Sie nach dem Entfernen aller verdächtigen Kunststoffe aus dem Filter den Deckel und den Boden der Petrischale, auf weitere verdächtige Kunststoffe.
Um dieses Protokoll zu validieren, wurden drei Proben aus der Oso-Bucht mit 10 blauen Polyethylenpartikeln und 50 grünen Nylonfasern versetzt. Im Durchschnitt wurden 100 % der Polyethylenpartikel und 92 % der Nylonfasern aus den Proben gewonnen. Der Verlust von Fasern kann auf einen geringen Probenverlust während der Filtration oder eine falsche Identifizierung zurückzuführen sein.
Nach der Beherrschung können mehrere Filtrationsgeräte gleichzeitig betrieben werden, wobei die Filtration der Proben jeweils weniger als zwei Stunden dauert. Die Probensortierzeiten unter dem Mikroskop sind jedoch probenspezifisch. Wenn Sie dieses Verfahren ausprobieren, ist es wichtig, daran zu denken, eine mögliche Kontamination mit Laborgeräten und Feldrohlingen für jeden Schritt des Prozesses zu berücksichtigen.
Nach diesem Verfahren können andere Methoden wie die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie zur Überprüfung der Materialeigenschaften verwendet werden. Mit ihrer Entwicklung ermöglicht diese Technik Forschern, die Umweltschadstoffe untersuchen, die Verschmutzung durch Mikroplastik und Wasserwege mit hohen Schwebstofffrachten sowie schwimmenden und untergetauchten Müll zu untersuchen.
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Überblick
Dieses Protokoll befasst sich mit der Sammlung und Analyse von Mikroplastikproben aus Süßwassersystemen, die oft hohe Sedimentbelastungen aufweisen. Es ermöglicht Forschern, die Mikroplastikbelastung in Flüssen zu quantifizieren, einer bedeutenden Quelle für Plastikmüll im Ozean.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Umweltwissenschaft
- Binnengewässerökologie
- Verschmutzungsforschung
Hintergrund
- Die Mikroplastikforschung konzentrierte sich bisher hauptsächlich auf marine Systeme.
- Binnengewässer können hohe Sedimentbelastungen und schwimmende Ablagerungen aufweisen.
- Das Verständnis der Mikroplastikverteilung in Flüssen ist entscheidend für die Umweltgesundheit.
- Diese Studie zielt darauf ab, die Lücke im Wissen über Mikroplastik in Süßwasser zu schließen.
Zweck der Studie
- Eine Methode zur Sammlung von Mikroplastikproben aus Flüssen zu entwickeln.
- Die Auswirkungen hoher Sedimentbelastungen auf die Quantifizierung von Mikroplastik zu analysieren.
- Ein standardisiertes Protokoll für zukünftige Forschung in Binnengewässern bereitzustellen.
Verwendete Methoden
- Spülungsfiltrationsvorrichtungen und Nylon-Netzmaschensiebe mit deionisiertem Wasser spülen.
- Verwendung von abnehmenden Maschengrößen in Verbindungsstellen zum Filtern von Proben.
- Verbindungsstellen dicht versiegeln, um Lecks während der Filtration zu verhindern.
- Einen gemischten Celluloseester-Membranfilter mit deionisiertem Wasser benetzen.
Hauptergebnisse
- Die Methode ermöglicht eine effektive Filtration von Mikroplastik in Umgebungen mit hoher Sedimentbelastung.
- Forscher können Mikroplastikbelastungen in Größen quantifizieren, die in früheren Studien nicht typischerweise einbezogen wurden.
- Die Ergebnisse tragen zum Verständnis des Transports von Kunststoffen von Flüssen zu Ozeanen bei.
- Diese Technik verbessert die Genauigkeit der Mikroplastikforschung in Binnengewässern.
Schlussfolgerungen
- Das entwickelte Protokoll ist effektiv für die Analyse von Mikroplastik in Binnengewässern.
- Es geht auf die Herausforderungen ein, die durch hohe Sedimentbelastungen entstehen.
- Zukünftige Studien können diese Methode nutzen, um die Mikroplastikverschmutzung in Süßwasser weiter zu untersuchen.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
This protocol enables biopharma R&D teams to assess microplastic contamination in aquatic environments relevant to water sourcing for manufacturing and formulation processes. By capturing particles <300 µm in high-sediment conditions, it supports risk evaluation of particulate impurities in water used for drug production, cleaning, or cooling systems. The method enhances predictive confidence in environmental monitoring programs tied to GMP-adjacent operations and supply chain resilience.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of particulate-induced cellular stress pathways in vitro using environmentally relevant microplastic mixtures.
- Operational Value: Provides standardized isolation of sub-300 µm particles for toxicological screening in discovery assays.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantifiable microplastic fractions for dose-response profiling in phenotypic screening assays.
- Operational Value: Ensures reproducible sample preparation across variable water sources, reducing assay noise from sediment interference.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports mechanistic de-risking by linking environmental exposure models to organ-specific accumulation and inflammatory endpoints.
- Operational Value: Enables cross-study comparability of microplastic burden in preclinical disease models via consistent sizing and polymer characterization.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within environmental risk assessment workflows, informing early-stage formulation decisions and facility siting strategies by characterizing particulate loads in process water intakes.
- Discovery Biology: Delivers characterized microplastic particulates and fibers for hypothesis testing on membrane integrity and oxidative stress mechanisms.
- Screening: Provides size-fractionated samples enabling reliable high-throughput screening of particle-cell interactions.
- Analytics: Delivers polymer-specific identification via micro ATR-FTIR, allowing correlation of plastic type with biological response.
- Translational Research: Connects environmental exposure data to preclinical models through standardized particle dosing and recovery metrics.
- Enterprise Reuse: Adaptable filtration volumes and mesh sizes allow deployment across multiple sites and water sources with standardized SOPs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in environmental toxin studies by providing chemically and physically defined microplastic preparations.
- Operational Value: Achieves 100% recovery for polyethylene particulates and 92% for nylon fibers, ensuring reliable quantification for longitudinal monitoring.
- Strategic Value: Informs capital allocation for water purification upgrades by identifying persistent particulate challenges in source water.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement decisions by quantifying microplastic burden in water used for cell culture or buffer preparation.
Implementation Considerations
- Requires expertise in filtration techniques, microscopy, and ATR-FTIR polymer identification.
- Depends on vacuum pumps, graduated cylinders, and custom filtration devices with union joints and mesh sieves.
- Necessitates standardized rinsing and drying protocols to prevent cross-contamination between samples.
- Must account for fiber loss during handling and validate recovery using spiked controls per sample batch.
- Adaptation to extreme flow rates or biofouling conditions may require pretreatment steps not detailed in the source.
