Name: Formación de micro y nanoplásticos a partir de películas plásticas agrícolas para el empleo en estudios de investigación fundamental (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-07-27T14:15:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
Description: Aprende a preparar micro y nanoplásticos a partir de películas y pellets de polímeros mediante molienda criogénica y trituración húmeda. Este protocolo mecánico eficiente proporciona materiales auténticos para estudios ambientales de contaminación plástica.

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Esta investigación fue financiada por el Herbert College of Agriculture, el Departamento de Ingeniería de Biosistemas y Suelos, y la Alianza de Ciencias de la Universidad de Tennessee, Knoxville. Además, los autores agradecen el apoyo financiero proporcionado a través de la subvención del USDA 2020-67019-31167 para esta investigación. Las materias primas iniciales para preparar MNP de película de mantillo biodegradable a base de PBAT fueron amablemente proporcionadas por BioBag Americas, Inc. (Dunevin, FL, EUA), y los pellets PBAT por Mobius, LLC (Lenoir City, TN).

Los autores no tienen nada que revelar.

Este método describe un proceso efectivo descrito inicialmente en una publicación anterior29, para preparar MNP obtenidos de pellets y películas de mantillo para estudios ambientales. El proceso de reducción de tamaño involucró enfriamiento criogénico (solo para película), molienda en seco y etapas de molienda húmeda, para fabricar modelos MNP. Hemos aplicado este método para preparar MNPs a partir de una amplia gama de materias primas poliméricas, incluyendo polietileno de baja densidad (LDPE), a...

En las últimas décadas, el rápido aumento de la producción mundial de plásticos y la eliminación inadecuada y la falta de reciclaje de residuos plásticos ha llevado a la contaminación ambiental que ha afectado a los ecosistemas marinos y terrestres 1,2,3. Los materiales plásticos son esenciales para la agricultura contemporánea, particularmente para cultivar verduras, frutas pequeñas y otros cultivos especiales. Su uso como películas de mantillo, cubiertas de túneles altos y bajos, cinta de goteo y otras aplicaciones tienen como objetivo mejorar el rendimiento y la calidad de los cultivos, reducir los costos de producción y promover métodos agrícolas sostenibles 4,5. Sin embargo, el creciente empleo de la "plasticultura" ha generado preocupaciones sobre la formación, distribución y retención de piezas de plástico en entornos agrícolas. Después de un proceso de fragmentación continua causado por la fragilidad a través de la degradación ambiental durante la vida útil, los fragmentos de plástico más grandes forman micro y nanoplásticos (MNP), que persisten en el suelo o migran a las vías fluviales adyacentes a través de la escorrentía de agua y el viento 6,7,8. Factores ambientales como la radiación ultravioleta (UV) a través de la luz solar, las fuerzas mecánicas del agua y los factores biológicos desencadenan la fragilización plástica de los plásticos dispersos ambientalmente, lo que resulta en la descomposición de fragmentos de plástico más grandes en partículas macro o mesoplásticas 9,10. La desfragmentación adicional forma microplásticos (MPs) y nanoplásticos (NPs), reflejando partículas de tamaño promedio (diámetro nominal; dp) de 1-5000 μm y 1-1000 nm, respectivamente11. Sin embargo, el límite superior dp para NP (es decir, un límite inferior para MPs) no está universalmente acordado y en varios documentos, esto se enumera como 100 nm12.
Los MNP de los desechos plásticos representan una amenaza global emergente para la salud del suelo y los servicios ecosistémicos. La adsorción de metales pesados del agua dulce por parte de los parlamentarios condujo a una concentración 800 veces mayor de metales pesados en comparación con el medio ambiente circundante13. Además, los MP en los ecosistemas acuáticos plantean múltiples factores estresantes y contaminantes al alterar la penetración de la luz, causar el agotamiento del oxígeno y causar la adhesión a diversas biotas, incluida la penetración y acumulación en organismos acuáticos14.
Estudios recientes sugieren que los MNP pueden afectar la geoquímica del suelo y la biota, incluidas las comunidades microbianas y las plantas15,16,17. Además, las NP amenazan la red alimentaria17,18,19,20. Dado que los MNP se someten fácilmente al transporte vertical y horizontal en el suelo, pueden transportar contaminantes absorbidos como pesticidas, plastificantes y microorganismos a través del suelo hacia aguas subterráneas o ecosistemas acuáticos como ríos y arroyos21,22,23,24. Los plásticos agrícolas convencionales, como las películas de mantillo, están hechos de polietileno, que debe retirarse del campo después de su uso y eliminarse en vertederos. Sin embargo, la eliminación incompleta conduce a una acumulación sustancial de desechos plásticos en los suelos 9,25,26. Alternativamente, los mantillos plásticos biodegradables (BDM) del suelo están diseñados para ser cultivados en el suelo después de su uso, donde se degradarán con el tiempo. Sin embargo, los BDM persisten temporalmente en el suelo y gradualmente se degradan y fragmentan en MP y NPs 9,27.
Muchos estudios ecotoxicológicos y de destino ambientales actuales emplean materiales modelo idealizados y no representativos de MP y NPs. Los MNP sustitutos más utilizados son las micro o nanoesferas de poliestireno monodisperso, que no reflejan los MNP reales que residen en el medio ambiente12,28. En consecuencia, la selección de MP y NP no representativos puede dar lugar a mediciones y resultados inexactos. Sobre la base de la falta de modelos apropiados de ΜNP para estudios ambientales terrestres, los autores se motivaron para preparar tales modelos a partir de plásticos agrícolas. Anteriormente informamos sobre la formación de MNPs a partir de BDMs y pellets de polietileno a través del fresado mecánico y molienda de pellets plásticos y materiales de película y las características dimensionales y moleculares de los MNPs29. El documento actual proporciona un protocolo más detallado para preparar MNP que se puede aplicar más ampliamente a todos los plásticos agrícolas, como películas de mantillo o sus materias primas peletizadas (Figura 1). Aquí, para servir como ejemplo, elegimos una película de mantillo y pellets esféricos del polímero biodegradable tereftalato de adipato de polibutileno (PBAT) para representar plásticos agrícolas.

<table><tbody><tr><td>Plato de aluminio, 150 mL&nbsp;</td><td>Fisher Scientific, Waltham, MA, EE. UU</td><td>. 08-732-103</td><td>Secado de NPs recolectados Plato de</td></tr><tr><td>aluminio, 500 mL</td><td>VWR International, Radnor, PA, EE. UU</td><td>. 25433-018</td><td>Recolección de NPs después de la molienda</td></tr><tr><td>en húmedo Centrífuga</td><td>Fisher Scientific, Waltham, MA, USA</td><td>Centrific 228</td><td>Contenedor para centrifugación</td></tr><tr><td>Tubo de entrega, #20, 840 y micro; m</td><td>Thomas Scientific, Swedesboro, NJ, EE. UU</td><td>. 3383M30</td><td>Tamizado de la primera fracción durante la molienda</td></tr><tr><td>Tubo de entrega, # 60, 250 y micro; m</td><td>Thomas Scientific, Swedesboro, NJ, EE. UU</td><td>. 3383M45</td><td>Tamizado de la segunda fracción (3x)&nbsp; durante la molienda</td></tr><tr><td>Thermomixer,&nbsp; 5350 Mezclador</td><td>Eppendorf North America, Enfield, CT, EE. UU</td>. <td>05-400-200</td><td>Análisis de experimentos de tamizado</td></tr><tr><td>FT-IR Spectrum Two, espectrómetro con reflectancia total atenuada (ATR)</td><td>Perkin Elmer, Waltham, MA, EE. UU.</td><td>L1050228&nbsp;</td><td>Medición de espectros FTIR</td></tr><tr><td>Vaso de precipitados de vidrio, 1000 mL</td><td>DWK Life Sciences, Milville, NJ, EE. UU</td>. <td>02-555-113</td><td>Agitación de la lechada de agua MPs antes de la molienda</td></tr><tr><td>Placa frontal de vidrio</td><td>Thomas Scientific, Swedesboro, NJ, EE. UU.</td><td>3383N55&nbsp;</td><td>Tapa frontal para Wiley Mini Mill</td></tr><tr><td>Tarro de vidrio, 50 mL</td><td>Uline, Pleasant Prairie, WI, EE. UU.</td><td>S-15846P</td><td>Colectivo MPs después de la molienda</td></tr><tr><td>Guante, neopreno</td><td>Bel-Art-SP Scienceware, Wayne, NJ, EE. UU</td>. <td>BEL-H500290000</td><td>22 pulgadas, tamaño 10</td></tr><tr><td>Zetasizer Nano ZS 90 analizador de tamaño</td><td>Malvern Panalytical, Worcestershire, Reino Unido&nbsp;</td><td>Zetasizer Nano ZS</td><td>Medición de nanoplásticos dispersos en la cámara microscópica de agua desionizada</td></tr><tr><td></td><td>Nikon, Tokio,&nbsp; 108-6290, Japón</td><td>Nikon Digital Sight 10</td><td>Combinado con el microscopio Olympus para recibir imágenes digitales</td></tr><tr><td>Microscopio</td><td>Olympus, Shinjuku, Tokio, Japón</td><td>Modelo SZ 61</td><td>Imágenes de MPs</td></tr><tr><td>Frasco de nitrógeno, matraces dewar de forma baja</td><td>Cole-Palmer, Vernon Hills, IL, EE. UU</td>. <td>UX-03771-23</td><td>Almacenamiento de nitrógeno líquido durante el enfriamiento criogénico</td></tr><tr><td>Accurate Blend 200, mezcladora de 12 velocidades</td><td>Oster, Boca Ratón, FL, EE. UU.</td><td>6684</td><td>Iniciando la reducción de tamaño de la película plástica PBAT tratada criogénicamente</td></tr><tr><td>, - BioAgri&trade; (Mater-Bi&reg;)</td><td>BioBag Americas, Inc, Dunedin, FL, EE. UU</td>. Materia prima de <td>0,7 mm de espesor</td><td>para formar MP y NP, película de mantillo agrícola</td></tr><tr><td>Pellets de PBAT</td><td>Mobius, LLC, Lenoir City, TN, EE. UU</td>. <td>Diámetro 3 mm</td><td>Materia prima para formar microplásticos (MP) y nanoplásticos (NP) mediante molienda y molienda</td></tr><tr><td>Tubos de centrífuga de plástico, 50 mL</td><td>Fisher Scientific, Waltham, MA, EE. UU</td>. <td>06-443-18</td><td>Centrifugación de lodos después de la molienda húmeda</td></tr><tr><td>Frasco de plástico, 1000 ml, prelavado, de lados rectos</td><td>Fisher Scientific, Waltham, MA, EE. UU</td>. <td>05-719-733</td><td>Colección de NP durante y después de la molienda en húmedo Barras agitadoras</td></tr><tr><td>poligonales, diámetro &oslash;=8 mm, longitud=50.8 mm&nbsp; &nbsp;</td><td>Fisher Scientific, Waltham, MA, EE. UU</td><td>. 14-512-127</td><td>Agitación de la lechada de MPs antes de la molienda húmeda</td></tr><tr><td>Tijeras, aglomeradas con titanio</td><td>Westcott, Shelton, CT, EE. UU</td><td>. 13901</td><td>Corte de materias primas iniciales de película PBAT</td></tr><tr><td>Celda de vidrio cuadrada con apertura cuadrada y tapa, 12 mm de diámetro exterior.</td><td>Malvern Panalytical, Worcestershire, Reino Unido &nbsp;</td><td>PCS1115</td><td>Medición del tamaño de partícula de NPs</td></tr><tr><td>Fondo de acero inoxidable, 3 pulgadas, bandeja</td><td>Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, EE. UU</td><td>. 8401</td><td>Para tamizado después de la molienda Wiley</td></tr><tr><td>Tamiz de acero inoxidable, 3 pulgadas, Nº 140 (106 y micro; m)</td><td>Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, EE. UU</td><td>. 1308</td><td>Para tamizado después de la molienda</td></tr><tr><td>Wiley Tamiz de acero inoxidable, 3 pulgadas, Nº 20 (850 y micro; m)</td><td>Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, EE.UU</td><td>. 1296</td><td>Tamizado de MPs después de la molienda Wiley</td></tr><tr><td>Tamiz de acero inoxidable, 3 pulgadas, Nº 325 (45 & micro; m)</td><td>Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, EE.UU</td><td>. 1313</td><td>Tamizado de MP después de la molienda Wiley</td></tr><tr><td>Tamiz de acero inoxidable, 3 pulgadas, Nº 60 (250 & micro; m)</td><td>Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, EE. UU</td><td>. 1303</td><td>Tamizado de MP después del fresado de Wiley</td></tr><tr><td>Cubierta superior de acero inoxidable, 3 pulgadas</td><td>Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, EE. UU</td><td>. 8406</td><td>Tamizado de MP después del fresado de Wiley Pinzas de</td></tr><tr><td>acero inoxidable</td><td>Global Industrial, Port Washington, NY, EE. UU</td><td>. T9FB2264892</td><td>Transferencia de partículas de película congeladas del frasco a la licuadora</td></tr><tr><td>Horno de vacío, modelo 281A</td><td>Fisher Scientific, Waltham, MA, EE. UU</td><td>. 13-262-50</td><td>Horno de vacío para secar NP después de la molienda en húmedo</td></tr><tr><td>Máquina de molienda por fricción, coloidor de supermasa</td><td>Masuko Sangyo, Tokio, Japón</td><td>MKCA6-2J</td><td>Máquina de molienda para formar NP a partir de MP</td></tr><tr><td>Piedra de molienda húmeda, tamaño de grano: 297 &mu; m -420 y mu; m</td><td>Masuko Sangyo, Tokio, Japón</td><td>MKE6-46DD</td><td>Piedra de molienda para formar NPs de MPs</td></tr><tr><td>Wiley Mini Mill, molino de corte rotativo</td><td>Thomas Scientific, Swedesboro, NJ, EE. UU</td>. <td>NC1346618</td><td>Reducción del tamaño de los gránulos y la película en MPs y NP</td></tr><tr><td>Software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>FTIR-Software de espectroscopía</td><td>Perkin Elmer, Waltham, MA, EE. UU</td><td>. Spectrum 10&nbsp;</td><td>Colección de espectros del plástico inicial, MPs y NPs</td></tr><tr><td>Imagen J, programa de procesamiento de imágenes</td><td>Institutos Nacionales de Salud, Bethesda, MD, EE. UU.</td><td>Versión 1.53n</td><td>Análisis de imágenes digitales recibidas de microscopía&nbsp;</td></tr><tr><td>Software de microscopio, software ds-fi1</td><td>Malvern Panalytical , Malvern, Reino Unido</td><td>Firmware DS-U1 Ver3.10</td><td>Registro de imágenes digitales</td></tr><tr><td>Microsoft, Windows, &nbsp; Excel 365, software de hoja de cálculo</td><td>Microsoft, Redmond, WA, EE. UU</td>. <td>Office 365</td><td>Cálculo del tamaño medio de partícula y creación de imágenes de espectros FTIR</td></tr><tr><td>Software JMP, software estadístico</td><td>SAS Institute Inc., Cary, NC, 1989-2021</td><td>Versión 15</td><td>Análisis estadístico del tamaño de partícula y realizar el mejor ajuste del conjunto de datos</td></tr><tr><td>Software Unscrambler</td><td>Camo Analytics, Oslo, Noruega</td><td>Versión 9.2</td><td>Normalización y conversión de espectros FTIR en .csv fromat</td></tr></tbody></table>

formación de micro y nanoplásticos a partir de películas plásticas agrícolas para el empleo en estudios de investigación fundamental

Forming Micro-and Nano-Plastics from Agricultural Plastic Films for Employment in Fundamental Research Studies

Los microplásticos (MP) y los nanoplásticos (NP) dispersos en los ecosistemas agrícolas pueden representar una grave amenaza para la biota en el suelo y las vías fluviales cercanas. Además, los productos químicos como los pesticidas adsorbidos por las NP pueden dañar los organismos del suelo y potencialmente entrar en la cadena alimentaria. En este contexto, los plásticos utilizados en la agricultura, como las películas de mantillo de plástico, contribuyen significativamente a la contaminación plástica en los ecosistemas agrícolas. Sin embargo, la mayoría de los estudios fundamentales sobre el destino y la ecotoxicidad emplean materiales MP idealizados y poco representativos, como las microesferas de poliestireno.
Por lo tanto, como se describe en este documento, desarrollamos un procedimiento de múltiples pasos a escala de laboratorio para formar mecánicamente MP y NP representativos para dichos estudios. El material plástico se preparó a partir de películas de mantillo de plástico disponibles comercialmente de adipato-co-tereftalato de polibutirato (PBAT) que se rompieron mediante tratamiento criogénico (CRYO) o intemperie ambiental (W), y a partir de gránulos de PBAT no tratados. Los materiales plásticos fueron tratados por fresado mecánico para formar MPs con un tamaño de 46-840 μm, imitando la abrasión de fragmentos de plástico por el viento y la maquinaria mecánica. Luego, los parlamentarios se tamizaron en varias fracciones de tamaño para permitir un análisis adicional. Finalmente, la fracción de tamiz de 106 μm se sometió a molienda húmeda para generar NP de 20-900 nm, un proceso que imita el lento proceso de reducción de tamaño para los MP terrestres. Las dimensiones y la forma de los MP se determinaron mediante el análisis de imágenes de estereomicrografías, y se empleó la dispersión dinámica de la luz (DLS) para evaluar el tamaño de partícula para las NP. Los MP y NP formados a través de este proceso poseían formas irregulares, lo que está en línea con las propiedades geométricas de los MP recuperados de los campos agrícolas. En general, este método de reducción de tamaño demostró ser eficiente para formar MPs y NP compuestos de plásticos biodegradables como el adipato de polibutileno-co-tereftalato (PBAT), que representa materiales de mantillo utilizados para la producción de cultivos agrícolas especializados.

Para validar el método y análisis del procedimiento experimental, se formaron MP y NP a partir de pellets y materiales de película y se compararon por tamaño y forma utilizando imágenes microscópicas. El método descrito en la Figura 1 formó eficientemente MP y NP a partir de gránulos y películas de plástico biodegradables; Esto se logró a través del enfriamiento criogénico, el molienda y la molienda húmeda y la caracterización. El primer paso era innecesario para las películas ambientalmente...

Mostramos la formación y caracterización dimensional de micro y nanoplásticos (MPs y NPs, respectivamente) utilizando un proceso paso a paso de fresado mecánico, rectificado y análisis de imágenes.

Formación de micro y nanoplásticos a partir de películas plásticas agrícolas para el empleo en estudios de investigación fundamental

Microplastics (MPs) and nanoplastics (NPs) dispersed in agricultural ecosystems can pose a severe threat to biota in soil and nearby waterways. In ...

Anton Astner: Este protocolo describe la preparación de micro y nanoplásticos diseñados procedentes de una amplia gama de materias primas poliméricas, como pellets y películas que representan materiales modelo auténticos. Este método forma eficientemente micro nanoplásticos a través de un procedimiento mecánico simple que involucra molienda criogénica, ebullición y molienda húmeda que puede servir como material sustituto para estudios ambientales. Para comenzar a recuperar la espuma del rollo y cortar la espuma P B A T en tiras con un cortador de papel, remoje previamente los fragmentos en agua desionizada durante 10 minutos y transfiera el material de espuma a un recipiente criogénico.Agregue lentamente 200 mililitros de nitrógeno líquido a un recipiente criogénico transfiera fragmentos de espuma pres empapados o gránulos cuidadosamente en el recipiente criogénico con pinzas de acero. A continuación, transfiera los fragmentos de espuma congelada o pellets a una licuadora y procese durante 10 segundos. Agregue 400 mililitros de agua DI y mezcle la suspensión de agua espuma durante cinco minutos.Transfiera el insulto a un embudo buchner con un filtro y aplique vacío durante una hora

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Las películas de plástico con la etiqueta "biodegradable" están disponibles comercialmente para uso agrícola como coberturas. Labranza representa un método de tratamiento atractiva, pero la degradación en condiciones de campo es poco conocida. El propósito de este estudio fue desarrollar métodos para el aislamiento de hongos del suelo nativo y las bacterias que colonizan las películas de mantillo de plástico después del entierro de campo.

El aislamiento de los microorganismos del suelo nativo con potencial para romper biodegradables Mantillo películas de plástico utilizados en la agricultura

El protocolo a continuación se describe la metodología para: muestreo microplásticos en la superficie del mar, la separación de identificación microplástica y química de las partículas. Este protocolo está en línea con las recomendaciones para el seguimiento microplásticos publicados por el Subgrupo Técnico DMEM sobre Basura Marina.

Protocolo para microplásticos muestreo en la superficie del mar y Análisis de las muestras

Los microplásticos actúan como vector de contaminantes orgánicos potencialmente tóxicos con efectos impredecibles. Este protocolo describe una metodología alternativa para evaluar los niveles de plaguicidas organoclorados adsorbidos en los gránulos de plástico e identificar la estructura química del polímero. El foco está en la extracción de fluido presurizado y en la reflectancia total atenuada de la transformada de Fourier espectroscopía infrarroja.

Extracción de plaguicidas organoclorados de pellets de plástico y análisis de tipos de plástico

Mayoría de microplastic la investigación hasta la fecha se ha producido en los sistemas marinos donde son relativamente bajos niveles sólidos suspendidos. Enfoque está ahora cambiando a sistemas de agua dulce, que pueden presentar sedimentos altas cargas y residuos flotantes. Este protocolo trata de recolectar y analizar muestras de microplastic de ambientes acuáticos que contienen altas cargas sólidas suspendidas.

Muestreo, clasificación y caracterización de Microplastics en ambientes acuáticos con cargas de sedimento en suspensión alta y basura flotante grande

Este estudio detalló un protocolo fiable y rentable para la recogida y detección de microplásticos a partir del uso diario de productos plásticos.

Muestreo, identificación y caracterización de la liberación de microplásticos del biberón de polipropileno durante el uso diario

Aquí se presenta un método para extraer microplásticos del suelo e identificar sus tipos de polímeros. El método se ha optimizado para la ejecución, la aplicabilidad y la rentabilidad. Sienta las bases científicas para estandarizar el método analítico para identificar microplásticos en los suelos.

Separación e identificación de microplásticos convencionales de suelos agrícolas

Aquí se describe un método para cuantificar micro y nanoplásticos originados por tereftalato de adipato de polibutileno en el suelo utilizando espectroscopia de resonancia magnética nuclear. Esta técnica mejora la metodología existente porque se extiende a la cuantificación de nanoplásticos y se puede adaptar fácilmente para el procesamiento de muestras ambientales a granel.

Cuantificación de micro y nanoplásticos a base de tereftalato de adipato de polibutileno del suelo mediante espectroscopía de resonancia magnética nuclear de protones

Este protocolo presenta un método escalable para convertir los residuos de alimentos en bioplásticos biodegradables de polihidroxialcanoato (PHA). Utiliza la digestión anaeróbica detenida para el pretratamiento de residuos de alimentos, la fermentación microbiana halófila para la biosíntesis de PHA y un proceso posterior libre de químicos para la recuperación de PHA.

Enfoque escalable paso a paso de la producción sostenible de bioplásticos a partir de residuos alimentarios

Aquí, proporcionamos una descripción detallada del muestreo de agua subterránea de un pozo para el análisis de microplásticos utilizando un sistema de muestreo patentado desarrollado para este propósito. El protocolo detalla los métodos para tomar muestras de microplásticos de pozos, así como la separación e identificación química de microplásticos.

Muestreo e identificación de microplásticos en aguas subterráneas

Un enfoque litografía micropunching se ha desarrollado para generar micro y submicrónicas patrones de en la parte superior, lateral y las superficies inferiores de substratos de polímeros. Supera los obstáculos de los patrones de polímeros conductores y la generación de los patrones de las paredes laterales. Este método permite una fabricación rápida de características múltiples y está libre de la química agresiva.

Micropunching litografía para la generación de microempresas y patrones de submicrónicas de sustratos poliméricos

Aprende a preparar micro y nanoplásticos a partir de películas y pellets de polímeros mediante molienda criogénica y trituración húmeda. Este protocolo mecánico eficiente proporciona materiales auténticos para estudios ambientales de contaminación plástica.

Formación de micro y nanoplásticos a partir de películas plásticas agrícolas para el empleo en estudios de investigación fundamental (Video) | JoVE Journal

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