Analyse multimodale des microplastiques dans l’eau potable à l’aide d’une canalisation d’analyse à nanomembrane de silicium

Nos objectifs de recherche sont d’améliorer l’analyse des microplastiques présents dans plusieurs types d’échantillons, ainsi que d’améliorer les données générées à partir de ces particules d’intérêt. Les méthodes actuelles d’analyse des microplastiques sont sujettes à l’introduction d’une contamination extrinsèque. Les méthodes que nous décrivons ici éliminent les étapes de transfert et atténuent ce problème de contamination.

Nous fournissons un protocole utilisant une nanomembrane de silicium qui permet aux chercheurs d’effectuer des analyses multimodales de leurs particules d’intérêt avec une efficacité accrue et moins de contamination. L’efficacité de l’analyse des microplastiques dépend de l’efficacité des méthodes utilisées, la combinaison de techniques d’imagerie optique, électronique et spectroscopique permettant d’obtenir l’image la plus complète possible. Les nanomembranes de silicium permettent ces multiples analyses.

[Narrateur] Pour commencer, enfilez une blouse de laboratoire 100 % coton et des gants en nitrile. À l’aide d’alcool isopropylique à 99 %, vaporisez les gants en nitrile, frottez soigneusement les mains et rincez avec environ 18 mégohms d’eau filtrée de 0,22 micromètre. Pliez une lingette délicate en fibres naturelles en quartiers, puis vaporisez de l’alcool isopropylique à 70 %. Essuyez la surface du capot de l’arrière vers l’avant et faites de longs mouvements. Repliez la lingette délicate sur une surface inutilisée tous les deux coups. Maintenant, roulez un tapis de silicone sur la surface de la capuche pour ramasser les particules restantes. Vaporisez le rouleau en silicone avec de l’alcool isopropylique à 99 % et frottez à l’aide d’une main gantée. Rincez le rouleau à l’eau filtrée. Après avoir répété le processus de nettoyage trois fois, laissez le rouleau sécher à l’air libre à l’intérieur de la hotte. Pour générer de l’eau ultra-pure et de l’alcool isopropylique, remplissez un bécher d’un litre avec les 18 mégohms d’eau sous le capot. Amorcez une seringue de 60 millimètres et fixez un filtre de seringue de tronçonnement de 0,22 micromètre en poussant au moins 200 millilitres d’eau filtrée à travers l’ensemble seringue et filtre. Ensuite, rincez trois fois un récipient à bouchon à vis en verre avec de l’eau filtrée et remplissez le récipient avec de l’eau filtrée filtrée par seringue de 18 mégohms de 0,22 micromètre. Répétez les étapes de remplissage du bécher, d’amorçage de la seringue et de rinçage du récipient en utilisant le pourcentage souhaité d’alcool isopropylique au lieu de l’eau pour générer de l’alcool isopropylique ultrapur. Enfilez un équipement de protection individuelle et des gants en nitrile. Vaporisez un joint en silicone avec de l’alcool isopropylique ultra-pur à 99 % et frottez le joint avec des doigts gantés. Rincez ensuite le joint à l’eau ultra-pure. Tout d’abord, générez l’ébauche de processus. À l’aide de la seringue amorcée, 30 millilitres d’eau ultrapure et 30 millilitres d’air dans la seringue de 60 millilitres. Vissez un filtre à seringue. Secouez vigoureusement la seringue et distribuez le liquide et l’air à travers le filtre. Après avoir rincé trois fois, assemblez l’appareil de filtration selon le graphique visuel d’assemblage. Allumez l’aspirateur sur l’appareil de filtration pour créer un flux négatif à travers la pile de disques filtrants. Pour mesurer la contamination de fond de l’ébauche du procédé, versez lentement 50 millilitres d’eau ultrapure sur la nanomembrane au centre du disque supérieur à l’aide de la seringue rincée. Laissez l’eau ultrapure filtrer à travers. Une fois l’échantillon sec, éteignez l’aspirateur. À l’aide d’une pince à épiler propre, retirez soigneusement les disques filtrants des joints et placez-les dans un récipient étiqueté propre, tel qu’une boîte de Pétri en verre ou une boîte sombre. Imagez les disques filtrants au microscope pour l’analyse optique et le comptage des particules. Pour les échantillons liquides expérimentaux, répétez le processus de rinçage à la seringue avec un joint nettoyé supplémentaire et une unité de filtre à seringue. Ensuite, prélevez la quantité souhaitée du nouvel échantillon et distribuez lentement l’échantillon sur la nanomembrane au centre du disque supérieur. Une fois la filtration de l’échantillon terminée, rincez la membrane trois fois avec un millilitre d’eau ultrapure. Rincez trois fois deux récipients en verre à bouchon à vis avec de l’eau ultra-pure. Préparez une solution de 0,1 milligramme par millilitre de rouge du Nil dans de l’alcool isopropylique ultra-pur à 99 % dans un récipient en verre propre. Retournez doucement le récipient 10 fois pour mélanger la solution. Filtrez la solution rouge du Nil dans le deuxième récipient en verre à bouchon à vis. Placez le disque filtrant à colorer sur la fritte de support de la fiole de collecte sous vide, et pipetez 20 microlitres de la solution rouge du Nil de 0,1 milligramme par millilitre sur la nanomembrane au centre du disque filtrant. Incuber la tache sur la nanomembrane pendant cinq minutes, puis filtrer la tache sous vide. Rincez trois fois le disque filtrant avec un millilitre d’alcool isopropylique ultra-pur à 99 %. Pour enlever l’excès de tache rouge du Nil. Laissez le disque filtrant reposer sur la fritte de support avec l’aspirateur allumé pendant deux minutes pour filtrer et sécher tout liquide résiduel. S’il ne sèche toujours pas après deux minutes, transférez-le dans un four à 70 degrés Celsius pendant deux à cinq minutes à l’aide d’une boîte de Pétri en verre propre. Pour la quantification des particules, immobilisez le disque filtrant sur une lame de microscope à l’aide d’un joint en silicone et déplacez-le sur la platine du microscope. Imagez la nanomembrane à l’aide d’un éclairage en champ clair de sorte que le nombre maximal détecté soit d’environ 90 % de la portée maximale de la caméra du détecteur. Imagez la nanomembrane à l’aide d’un éclairage fluorescent de sorte que les intensités maximales des pixels soient d’environ 25 % de la portée maximale de la caméra du détecteur. Enfin, enregistrez les images acquises sous forme de fichier TIFF composite 16 bits. Les nanomembranes de nitrure de silicium nu et de nitrure de silicium revêtues d’or convenaient à des types d’analyse spécifiques. Le nitrure de silicium nu convenait aux techniques optiques basées sur la transmission ainsi qu’à la spectroscopie, tandis que les nanomembranes de silicium recouvertes d’or convenaient aux techniques basées sur la réflexion. Une cascade idéale de données est montrée, générée à partir d’une seule nanomembrane de silicium. Les particules microplastiques suspectées colorées au rouge du Nil indiquaient que les échantillons d’eau du robinet testés présentaient un nombre significativement plus élevé de particules supérieures à 20 microns par rapport à la sous-fraction de 8 à 20 microns. Les spectres Raman collectés avec un laser de 830 nanomètres avaient un coefficient de corrélation élevé sur la même particule analysée par microscopie optique. Spectra a révélé que la particule était composée de polyéthylène. La microscopie électronique à balayage a révélé des caractéristiques morphologiques détaillées des particules capturées sur la nanomembrane de silicium. L’analyse par spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie a montré que la composition principale des particules était principalement du carbone et de l’azote. Ceci, associé à une absorption de coloration au bleu de trypan, suggère que la particule est probablement d’origine organique. La préparation sous-optimale des échantillons a donné des données peu claires. Une coloration rouge du Nil mal rincée rend l’identification des particules difficile et des spectres Raman sous-optimaux avec un faible coefficient de corrélation ont été obtenus, ce qui suggère que l’identité chimique de la particule ne peut pas être confirmée de manière fiable.