ניתוח רב-מודאלי של מיקרופלסטיק במי שתייה באמצעות צינור ניתוח ננו-ממברנה מסיליקון

מטרות המחקר שלנו הן לשפר את הניתוח של מיקרופלסטיק הקיים בסוגי דגימות מרובים, כמו גם לשפר את הנתונים המופקים מאותם חלקיקים מעניינים. שיטות הניתוח הנוכחיות של מיקרופלסטיק מועדות להכנסת זיהום חיצוני. השיטות שאנו מתארים כאן מבטלות את שלבי ההעברה ומקלות על בעיית זיהום זו.

אנו מספקים פרוטוקול המשתמש בננו-ממברנה מסיליקון המאפשר לחוקרים לבצע ניתוחים רב-מודאליים של החלקיקים המעניינים שלהם ביעילות מוגברת ופחות זיהום. ניתוח המיקרופלסטיק יעיל רק כמו השיטות בהן נעשה שימוש, בשילוב טכניקות הדמיה אופטיות, אלקטרונים וספקטרוסקופיות מאפשרות את התמונה המלאה ביותר. ננו-ממברנות סיליקון מאפשרות ניתוחים מרובים אלה.

[קריין] כדי להתחיל, לבשו מעיל מעבדה 100% כותנה וכפפות ניטריל. בעזרת איזופרופיל אלכוהול 99% יש לרסס את כפפות הניטריל, לשפשף את הידיים זו בזו ביסודיות ולשטוף בכ-18 מגה-הם מים מסוננים של 0.22 מיקרומטר. קפלו מגבון משימה עדין מסיבים טבעיים לרבעים, ולאחר מכן רססו עם 70% אלכוהול איזופרופיל. נגב את משטח מכסה המנוע מאחור לפנים ומשיכות ארוכות. קיפול מחדש של מגבון המשימות העדין למשטח שאינו בשימוש כל שתי משיכות. כעת גלגל מחצלת סיליקון על פני מכסה המנוע כדי לאסוף את כל החלקיקים שנותרו. רססו את גליל הסיליקון ב-99% אלכוהול איזופרופיל ושפשפו בעזרת יד עטויה כפפה. שוטפים את הרולר במים מסוננים. לאחר חזרה על תהליך הניקוי שלוש פעמים, הניחו לגלגלת להתייבש באוויר בתוך מכסה המנוע. כדי לייצר מים טהורים במיוחד ואלכוהול איזופרופיל, מלאו של ליטר אחד במי 18 מגה-הם מתחת למכסה המנוע. יש להפעיל מזרק 60 מילימטר ולחבר מסנן מזרק חיתוך של 0.22 מיקרומטר על ידי דחיפה של לפחות 200 מיליליטר מים מסוננים דרך מכלול המזרק והמסנן. לאחר מכן שטפו מיכל מכסה בורג זכוכית שלוש פעמים במים מסוננים, ומלאו את המיכל במזרק מסוננים 18 מגה-הם 0.22 מיקרומטר מים מסוננים. חזור על שלבי מילוי המזרק ושטיפת המיכל באמצעות ריכוז האחוזים הרצוי של אלכוהול איזופרופיל במקום מים כדי ליצור אלכוהול איזופרופיל טהור במיוחד. לבשו ציוד מגן אישי וכפפות ניטריל. ריססו אטם סיליקון עם אלכוהול איזופרופיל 99% טהור במיוחד ושפשפו את האטם באצבעות כפפות. לאחר מכן שטפו את האטם במים טהורים במיוחד. ראשית, צור את התהליך ריק. ניצול המזרק הדרוך סופג 30 מיליליטר מים טהורים במיוחד ו-30 מיליליטר אוויר למזרק 60 מיליליטר. הברג פילטר מזרק. לנער את המזרק במרץ ולהוציא את הנוזל והאוויר דרך המסנן. לאחר שטיפה שלוש פעמים, הרכיבו את מכשיר הסינון בהתאם לגרפיקת ההרכבה החזותית. הפעל את הוואקום למנגנון הסינון כדי ליצור זרימה שלילית דרך ערימת דיסק המסנן. כדי למדוד את זיהום הרקע של התהליך ריק, הוצא 50 מיליליטר של מים טהורים במיוחד באיטיות על הננו-ממברנה במרכז הדיסק העליון באמצעות המזרק השטוף. אפשר למים האולטרה-טהורים להסתנן דרכם. לאחר שהדגימה יבשה, כבה את הוואקום. בעזרת פינצטה נקייה הסר בזהירות את דיסקיות הסינון מהאטמים והנח אותן במיכל נקי עם תווית, כגון צלחת פטרי מזכוכית או קופסה חשוכה. דמיין את דיסקי המסנן תחת מיקרוסקופיה לניתוח אופטי וספירת חלקיקים. לדגימות נוזלים ניסיוניות, חזור על תהליך שטיפת המזרק עם אטם נקי נוסף ויחידת מסנן מזרק. לאחר מכן, ספוג את הכמות הרצויה של הדגימה החדשה והוציא את הדגימה לאט מעל הננו-ממברנה במרכז הדיסק העליון. לאחר השלמת סינון הדגימה, שטפו את הממברנה שלוש פעמים במיליליטר אחד של מים טהורים במיוחד. שטפו שני מיכלי פקק בורג מזכוכית שלוש פעמים במים טהורים במיוחד. הכינו תמיסה של 0.1 מיליגרם למיליליטר של אדום נילוס באלכוהול איזופרופיל 99% טהור במיוחד במיכל זכוכית נקי. הפוך בעדינות את המיכל 10 פעמים כדי לערבב את התמיסה. מסננים את התמיסה האדומה של הנילוס לתוך מיכל מכסה בורג הזכוכית השני. הנח את דיסק המסנן שיוכתם על פריט התמיכה של בקבוק איסוף הוואקום, ופיפטה 20 מיקרוליטר מהתמיסה האדומה של הנילוס של 0.1 מיליגרם למיליליטר על הננו-ממברנה במרכז דיסק המסנן. דגרו את הכתם על הננו-ממברנה למשך חמש דקות ולאחר מכן סנן את הכתם בוואקום. שטפו את דיסק המסנן שלוש פעמים עם מיליליטר אחד של אלכוהול איזופרופיל 99% טהור במיוחד. להסרת עודפי כתם אדום נילוס. הניחו לדיסק המסנן לשבת על פריט התמיכה כשהוואקום פועל למשך שתי דקות כדי לסנן ולייבש כל נוזל שנותר. אם הוא עדיין לא מתייבש לאחר שתי דקות, העבירו אותו לתנור של 70 מעלות צלזיוס למשך שתיים-חמש דקות בעזרת צלחת פטרי זכוכית נקייה. לכימות חלקיקים, קבעו את דיסק המסנן על שקופית מיקרוסקופ באמצעות אטם סיליקון והעבירו אותו לשלב המיקרוסקופ. דמיין את הננו-ממברנה באמצעות תאורת שדה בהיר כך שהספירה המקסימלית שזוהתה היא כ-90% מהטווח המרבי של מצלמת הגלאי. צלם את הננו-ממברנה באמצעות תאורה פלואורסצנטית כך שעוצמות הפיקסלים המקסימליות יהיו בסביבות 25% מהטווח המרבי של מצלמת הגלאי. לבסוף, שמור את התמונות שנרכשו כקובץ TIFF מורכב של 16 סיביות. ננו-ממברנות סיליקון ניטריד חשופות וסיליקון ניטריד מצופות זהב התאימו לסוגי ניתוח ספציפיים. סיליקון ניטריד חשוף התאים לטכניקות אופטיות מבוססות שידור כמו גם לספקטרוסקופיה, בעוד שננו-ממברנות סיליקון מצופות זהב התאימו לטכניקות מבוססות השתקפות. מוצג מפל אידיאלי של נתונים שנוצר מננו-ממברנה סיליקון יחידה. חלקיקי מיקרופלסטיק חשודים שנצבעו באדום הנילוס הצביעו על כך שבדגימות מי הברז שנבדקו הייתה ספירה גבוהה משמעותית של חלקיקים גדולים מ-20 מיקרון בהשוואה לתת-החלק של 8 עד 20 מיקרון. ספקטרום ראמאן שנאסף בלייזר של 830 ננומטר היה בעל מקדם מתאם גבוה על אותו חלקיק שנותח במיקרוסקופיה אופטית. ספקטרה גילתה שהחלקיק היה מורכב מפוליאתילן. מיקרוסקופ אלקטרונים סורק חשף מאפיינים מורפולוגיים מפורטים של חלקיקים שנלכדו על ננו-ממברנת הסיליקון. ניתוח ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן מפזרות אנרגיה הראה שהרכב החלקיקים העיקרי היה בעיקר פחמן וחנקן. זה יחד עם ספיגת כתם כחול טריפן מרמז על כך שהחלקיק הוא ככל הנראה אורגני במקורו. הכנת דגימה לא אופטימלית הניבה נתונים לא ברורים. כתם אדום נילוס שטוף בצורה לא נכונה מקשה על זיהוי חלקיקים והתקבל ספקטרום ראמאן תת-אופטימלי עם מקדם מתאם נמוך, מה שמרמז על כך שלא ניתן לאשר את הזהות הכימית של החלקיק באופן מהימן.