Análisis multimodal de microplásticos en agua potable mediante una tubería de análisis de nanomembranas de silicio

Nuestros objetivos de investigación son mejorar el análisis de microplásticos presentes en múltiples tipos de muestras, así como mejorar los datos generados a partir de esas partículas de interés. Los métodos analíticos actuales de microplásticos son propensos a la introducción de contaminación extrínseca. Los métodos que describimos aquí eliminan los pasos de transferencia y alivian este problema de contaminación.

Estamos proporcionando un protocolo que utiliza una nanomembrana de silicio que permite a los investigadores realizar análisis multimodales de sus partículas de interés con mayor eficiencia y menos contaminación. El análisis de microplásticos es tan efectivo como los métodos utilizados, la combinación de técnicas de imágenes ópticas, electrónicas y espectroscópicas permite obtener una imagen más completa. Las nanomembranas de silicio permiten estos análisis múltiples.

[Narrador] Para empezar, ponte una bata de laboratorio 100% algodón y guantes de nitrilo. Con alcohol isopropílico al 99%, rocíe los guantes de nitrilo, frote bien las manos y enjuague con aproximadamente 18 megaohmios de agua filtrada a 0,22 micrómetros. Dobla una toallita delicada de fibra natural en cuartos, luego rocía con alcohol isopropílico al 70%. Limpie la superficie del capó de atrás hacia adelante y con movimientos largos. Volver a doblar la delicada tarea limpie sobre una superficie no utilizada cada dos pasadas. Ahora enrolle una alfombrilla de silicona sobre la superficie de la campana para recoger las partículas restantes. Rocíe el rodillo de silicona con alcohol isopropílico al 99% y frote con una mano enguantada. Enjuague el rodillo con agua filtrada. Después de repetir el proceso de limpieza tres veces, deje que el rodillo se seque al aire dentro de la campana. Para generar agua ultrapura y alcohol isopropílico, llene un vaso de precipitados de un litro con el agua de 18 megaohmios debajo del capó. Prepare una jeringa de 60 milímetros y conecte un filtro de jeringa de corte de 0,22 micrómetros empujando al menos 200 mililitros de agua filtrada a través del conjunto de jeringa y filtro. Luego enjuague un recipiente con tapón de rosca de vidrio tres veces con agua filtrada y llene el recipiente con agua filtrada con jeringa de 18 megaohmios y 0,22 micrómetros. Repita los pasos de llenado del vaso de precipitados, cebado de la jeringa y enjuague del recipiente utilizando la concentración porcentual deseada de alcohol isopropílico en lugar de agua para generar alcohol isopropílico ultrapuro. Póngase equipo de protección personal y guantes de nitrilo. Rocíe una junta de silicona con alcohol isopropílico ultrapuro al 99% y frote la junta con los dedos enguantados. Luego enjuague la junta con agua ultrapura. Primero, genere el proceso en blanco. Utilizando la jeringa cebada, absorbe 30 mililitros de agua ultrapura y 30 mililitros de aire en la jeringa de 60 mililitros. Enrosque un filtro de jeringa. Agite la jeringa vigorosamente y dispense el líquido y el aire a través del filtro. Después de enjuagar tres veces, ensamble el aparato de filtración de acuerdo con el gráfico de ensamblaje visual. Encienda la aspiradora del aparato de filtración para crear un flujo negativo a través de la pila de discos de filtro. Para medir la contaminación de fondo del proceso en blanco, dispense 50 mililitros de agua ultrapura lentamente sobre la nanomembrana en el centro del disco superior con la jeringa enjuagada. Deje que el agua ultrapura se filtre. Una vez que la muestra esté seca, apague la aspiradora. Con unas pinzas limpias, retire con cuidado los discos de filtro de las juntas y colóquelos en un recipiente limpio y etiquetado, como una placa de Petri de vidrio o una caja oscura. Imágenes de los discos de filtro bajo microscopía para análisis óptico y recuento de partículas. Para muestras líquidas experimentales, repita el proceso de enjuague de jeringa con una junta limpia adicional y una unidad de filtro de jeringa. A continuación, tome la cantidad deseada de la nueva muestra y dispense la muestra lentamente sobre la nanomembrana en el centro del disco superior. Una vez completada la filtración de la muestra, enjuague la membrana tres veces con un mililitro de agua ultrapura. Enjuague dos recipientes de vidrio con tapón de rosca tres veces con agua ultrapura. Prepare una solución de 0,1 miligramos por mililitro de rojo del Nilo en alcohol isopropílico ultrapuro al 99% en un recipiente de vidrio limpio. Invierta suavemente el recipiente 10 veces para mezclar la solución. Filtre la solución roja del Nilo en el segundo recipiente de vidrio con tapón de rosca. Coloque el disco de filtro que se va a teñir en la frita de soporte del matraz de recolección al vacío y pipetee 20 microlitros de la solución de rojo Nilo de 0,1 miligramos por mililitro en la nanomembrana en el centro del disco de filtro. Incube la tinción en la nanomembrana durante cinco minutos y luego filtre la tinción al vacío. Enjuague el disco filtrante tres veces con un mililitro de alcohol isopropílico ultrapuro al 99%. Para eliminar el exceso de mancha roja del Nilo. Deje que el disco del filtro se asiente sobre la frita de soporte con la aspiradora encendida durante dos minutos para filtrar y secar cualquier líquido residual. Si aún no se seca después de dos minutos, transfiéralo a un horno a 70 grados centígrados durante dos a cinco minutos con una placa de Petri de vidrio limpio. Para la cuantificación de partículas, inmovilice el disco de filtro en un portaobjetos de microscopio con una junta de silicona y muévalo a la platina del microscopio. Obtenga imágenes de la nanomembrana utilizando iluminación de campo claro para que los recuentos máximos detectados sean aproximadamente el 90% del alcance máximo de la cámara detectora. Obtenga imágenes de la nanomembrana utilizando iluminación fluorescente para que las intensidades máximas de píxeles sean alrededor del 25% del alcance máximo de la cámara detectora. Finalmente, guarde las imágenes adquiridas como un archivo TIFF compuesto de 16 bits. Las nanomembranas de nitruro de silicio desnudo y nitruro de silicio recubiertas de oro eran adecuadas para tipos de análisis específicos. El nitruro de silicio desnudo era adecuado para técnicas ópticas basadas en transmisión, así como para espectroscopia, mientras que las nanomembranas de silicio recubiertas de oro eran adecuadas para técnicas basadas en reflexión. Se muestra una cascada ideal de datos que se generó a partir de una sola nanomembrana de silicio. Las partículas microplásticas sospechosas teñidas con rojo Nilo indicaron que las muestras de agua del grifo analizadas tenían un recuento significativamente mayor de partículas de más de 20 micras en comparación con la subfracción de 8 a 20 micras. Los espectros Raman recogidos con un láser de 830 nanómetros tenían un alto coeficiente de correlación sobre la misma partícula analizada con microscopía óptica. Spectra reveló que la partícula estaba compuesta de polietileno. La microscopía electrónica de barrido reveló características morfológicas detalladas de las partículas capturadas en la nanomembrana de silicio. El análisis de espectroscopia de rayos X de dispersión de energía mostró que la composición principal de las partículas era principalmente carbono y nitrógeno. Esto, junto con una captación de tinción azul de tripano, sugiere que la partícula es probablemente de origen orgánico. La preparación de muestras subóptima produjo datos poco claros. La tinción roja del Nilo enjuagada incorrectamente dificulta la identificación de partículas y se obtuvieron espectros Raman subóptimos con un bajo coeficiente de correlación, lo que sugiere que la identidad química de la partícula no se puede confirmar de manera confiable.