Campionamento, ordinamento e caratterizzando microplastiche negli ambienti acquatici con carichi di materiale solido in sospensione alta e grandi detriti galleggianti
28 luglio 2018
Maggior parte della ricerca microplastic fino ad oggi si è verificato nei sistemi marini dove sono relativamente bassi livelli di solidi sospesi. Attenzione si sta ora spostando ai sistemi d'acqua dolce, che possono caratterizzato da carichi di alta sedimenti e detriti galleggianti. Questo protocollo risolve raccogliendo ed analizzando campioni di microplastic provenienti dagli ambienti acquatici che contengono carichi elevati di solidi sospesi.
Questo metodo aiuterà i ricercatori a quantificare i carichi di microplastica nei fiumi, che spesso contengono elevati carichi di sedimenti, poiché sono una delle principali fonti di detriti di plastica nell'oceano. Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente il filtraggio e lo smistamento di microplastiche e campioni d'acqua con elevati carichi di sedimenti a dimensioni non tipicamente incluse in studi precedenti. Per iniziare, sciacquare tre volte il dispositivo di filtrazione e i setacci a rete di nylon con acqua deionizzata.
Quindi posizionare i setacci a rete in ciascun giunto di unione, con le dimensioni della colata che diminuiscono dall'alto verso il basso. Per evitare perdite, sigillare ermeticamente ogni giunto. Successivamente bagnare un filtro a membrana a base di estere di cellulosa misto con acqua deionizzata.
Mentre il filtro è ancora umido, piegarlo in un cono. Quindi posizionare un cestello in rete di acciaio inossidabile nell'ultimo giunto di unione. Posizionare con cura il filtro a membrana piegato nel cestello.
Piegare il bordo del filtro sul bordo del giunto. Quindi posizionare un setaccio a rete sopra il filtro a membrana nell'ultimo giunto di unione. Assicurarsi che tutti i giunti di raccordo siano sigillati ermeticamente.
Quindi collegare il tubo flessibile dalla parte superiore del pallone filtrante alla base del dispositivo di filtrazione. Accendere la pompa del vuoto, assicurandosi che la pressione non superi i 127 millilitri di mercurio. Utilizzando un cilindro graduato da 500 millilitri misurare il volume totale del campione.
Successivamente, registrare il volume del campione e trasferirlo al dispositivo di filtrazione. Per svuotare il pallone filtrante spegnere la pompa e staccare i due tubi dal pallone. Quindi svuotare il pallone in un contenitore per rifiuti.
Per continuare il ciclo di filtrazione, ricollegare i tubi e accendere la pompa. Una volta filtrato l'intero campione, utilizzare acqua deionizzata per sciacquare tre volte il contenitore del campione e il cilindro graduato. Dopo ogni risciacquo filtrare l'acqua deionizzata utilizzata per il risciacquo del contenitore e del cilindro graduato.
Utilizzando acqua deionizzata, sciacquare tre volte le pareti del dispositivo di filtrazione. Quindi spegnere la pompa del vuoto e utilizzare un flacone di acqua deionizzata per sciacquare i bordi del giunto di unione. Spegnere la pompa e utilizzare una pinza per rimuovere il setaccio a rete dal giunto di unione.
Mettere il setaccio in una capsula di Petri coperta e asciugarlo a 60 gradi Celsius per 24 ore. Ripetere questo processo per ogni giunto di unione. Quindi accendere la pompa del vuoto e sciacquare i bordi di un filtro a membrana utilizzando un flacone di acqua deionizzata.
Lavare il particolato ai bordi del filtro al centro e assicurarsi che tutta l'acqua passi attraverso il filtro. Quindi utilizzare una pinza per rimuovere e aprire il filtro a membrana. Mettere il filtro in una busta di alluminio e asciugare a 60 gradi Celsius per 24 ore.
Per prima cosa esaminare il filtro a membrana con uno stereomicroscopio. Le plastiche sospette non avranno una struttura cellulare. Le fibre avranno lo stesso spessore dappertutto e le particelle non appariranno lucide.
Rimuovere le plastiche sospette dal filtro e metterle in una fiala di raccolta contenente il 70% di etanolo. Registra il colore e la forma di ogni plastica sospetta. Per i setacci a rete di nylon conservati nelle piastre di Petri, dopo che tutte le plastiche sospette sono state rimosse dal filtro, esaminare il coperchio e il fondo della capsula di Petri alla ricerca di ulteriori plastiche sospette.
Per convalidare questo protocollo, tre campioni di Oso Bay sono stati addizionati con 10 particelle di polietilene blu e 50 fibre di nylon verdi. In media, il 100% delle particelle di polietilene e il 92% delle fibre di nylon sono stati recuperati dai campioni. La perdita di fibre può essere dovuta a una piccola quantità di perdita di campione durante la filtrazione o a un'identificazione errata.
Una volta padroneggiati, è possibile far funzionare contemporaneamente più apparati di filtrazione, con campioni che richiedono meno di due ore ciascuno per essere filtrati. I tempi di selezione dei campioni al microscopio, tuttavia, sono specifici del campione. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di tenere conto della potenziale contaminazione utilizzando attrezzature di laboratorio e spazi vuoti per ogni fase del processo.
Seguendo questa procedura, è possibile utilizzare altri metodi, come la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier, per verificare le proprietà dei materiali. Con il suo sviluppo, questa tecnica consente ai ricercatori che studiano i contaminanti ambientali di esplorare l'inquinamento da microplastiche e i corsi d'acqua con elevati carichi di sedimenti sospesi, nonché i detriti galleggianti e sommersi.
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Panoramica
Questo protocollo si occupa della raccolta e dell'analisi di campioni di microplastiche da sistemi di acqua dolce, che spesso contengono alti carichi di sedimenti. Permette ai ricercatori di quantificare i carichi di microplastiche nei fiumi, una fonte significativa di detriti plastici nell'oceano.
Componenti chiave dello studio
Area di scienza
- Scienze ambientali
- Ecologia delle acque dolci
- Ricerca sull'inquinamento
Sfondo
- La ricerca sulle microplastiche si è principalmente concentrata sui sistemi marini.
- I sistemi di acqua dolce possono avere alti carichi di sedimenti e detriti galleggianti.
- Comprendere la distribuzione delle microplastiche nei fiumi è cruciale per la salute ambientale.
- Questo studio mira a colmare la lacuna di conoscenze riguardanti le microplastiche nelle acque dolci.
Obiettivo dello studio
- Sviluppare un metodo per raccogliere campioni di microplastiche dai fiumi.
- Analizzare l'impatto di alti carichi di sedimenti sulla quantificazione delle microplastiche.
- Fornire un protocollo standardizzato per future ricerche in ambienti di acqua dolce.
Metodi utilizzati
- Risciacquare i dispositivi di filtrazione e i setacci in nylon con acqua deionizzata.
- Utilizzare dimensioni di maglia decrescenti nei giunti di unione per filtrare i campioni.
- Sigillare i giunti ermeticamente per evitare perdite durante la filtrazione.
- Bagnare un filtro a membrana in estere di cellulosa misto con acqua deionizzata.
Risultati principali
- Il metodo permette un efficace filtraggio delle microplastiche in ambienti con alti sedimenti.
- I ricercatori possono quantificare i carichi di microplastiche a dimensioni non tipicamente incluse negli studi precedenti.
- I risultati contribuiscono alla comprensione del trasporto di plastiche dai fiumi agli oceani.
- Questa tecnica migliora l'accuratezza della ricerca sulle microplastiche nei sistemi di acqua dolce.
Conclusioni
- Il protocollo sviluppato è efficace per analizzare le microplastiche nei sistemi di acqua dolce.
- Affronta le sfide poste dagli alti carichi di sedimenti.
- Gli studi futuri possono utilizzare questo metodo per indagare ulteriormente l'inquinamento da microplastiche nelle acque dolci.
Domande frequenti
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.
