Bemonstering, sorteren en karakteriseren van Microplastics in aquatische milieus met hoge zwevende sedimenten ladingen en grote zwevend puin
28 juli 2018
Meeste microplastic onderzoek tot op heden heeft plaatsgevonden in mariene systemen waar gesuspendeerde vaste niveaus relatief laag zijn. Focus verschuift nu naar zoetwatersystemen, die over een hoge sediment ladingen en zwevend puin beschikken kunnen. Dit protocol adressen verzamelen en analyseren van microplastic monsters van aquatische milieus waarin hoge gesuspendeerde vaste lasten.
Deze methode zal onderzoekers helpen bij het kwantificeren van microplastic belastingen in rivieren, die vaak hoge sedimentbelastingen bevatten, omdat ze een belangrijke bron van plastic puin naar de oceaan zijn. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het het filteren en sorteren van microplastics en watermonsters met hoge sedimentbelastingen mogelijk maakt bij groottes die niet typisch zijn opgenomen in eerdere studies. Om te beginnen spoelt u het filtratieapparaat en de nylon gaaszeefs met drie keer gedeïoniseerd water.
Plaats vervolgens de gaaszeefs in elke verbindingsbus, waarbij de poriëngrootte van boven naar beneden afneemt. Om lekken te voorkomen, sluit u elke verbinding strak. Bevochtig vervolgens een gemengde cellulose-estermembraanfilter met gedeïoniseerd water.
Terwijl het filter nog vochtig is, vouwt u het tot een kegel. Plaats vervolgens een roestvrijstalen gaasmand in de laatste verbindingsbus. Plaats de gevouwen membraanfilter voorzichtig in de mand.
Vouwen u de lip van het filter over de rand van de verbinding. Plaats vervolgens een gaaszeef op de membraanfilter in de laatste verbindingsbus. Zorg ervoor dat alle verbindingsbussen goed zijn afgesloten.
Bevestig vervolgens de slang van de bovenkant van de filterkolf aan de basis van het filtratieapparaat. Schakel de vacuümpomp in en zorg ervoor dat de druk niet hoger is dan 127 milliliter kwik. Meet met een 500 milliliter maatcilinder het totale volume van het monster.
Noteer vervolgens het volume van het monster en breng het over naar het filtratieapparaat. Om de filterkolf leeg te maken, schakelt u de pomp uit en koppelt u de twee slangen los van de kolf. Giet vervolgens de kolf leeg in een afvalcontainer.
Om de filtratiecyclus voort te zetten, koppelt u de slangen weer aan en schakelt u de pomp in. Zodra het hele monster is gefilterd, gebruikt u gedeïoniseerd water om de monstercontainer en de maatcilinder drie keer te spoelen. Na elke spoeling filtert u het gedeïoniseerd water dat wordt gebruikt om de container en de maatcilinder te spoelen.
Gebruik gedeïoniseerd water om de wanden van het filtratieapparaat drie keer te spoelen. Schakel vervolgens de vacuümpomp uit en gebruik een gedeïoniseerd waterwasfles om de randen van de verbinding te spoelen. Schakel de pomp uit en gebruik pincetten om het gaaszeef uit de verbinding te verwijderen.
Plaats de zeef in een afgedekte petrischaal en droog deze 24 uur op 60 graden Celsius. Herhaal dit proces voor elke verbindingsbus. Schakel vervolgens de vacuümpomp in en spoel de randen van een membraanfilter met een gedeïoniseerd waterwasfles.
Was de deeltjes aan de randen van het filter naar het midden en zorg ervoor dat al het water door het filter gaat. Gebruik vervolgens pincetten om de membraanfilter te verwijderen en uit te vouwen. Plaats de filter in een aluminium zakje en droog deze 24 uur op 60 graden Celsius.
Onderzoek eerst de membraanfilter onder een stereomicroscoop. Vermoedelijke kunststoffen zullen geen celstructuur hebben. De vezels zullen overal dezelfde dikte hebben en de deeltjes zullen er niet glanzend uitzien.
Verwijder vermoedelijke kunststoffen van de filter en plaats ze in een verzamelbuisje met 70% ethanol. Noteer de kleur en vorm van elk vermoedelijke plastic. Voor nylon gaaszeefs opgeslagen in petrischalen, onderzoekt u na het verwijderen van alle vermoedelijke kunststoffen uit de filter het deksel en de bodem van de petrischaal op aanvullende vermoedelijke kunststoffen.
Om dit protocol te valideren, werden drie monsters uit Oso Bay verrijkt met 10 blauwe polyethyleen deeltjes en 50 groene nylonvezels. Gemiddeld werden 100% van de polyethyleen deeltjes en 92% van de nylonvezels uit de monsters hersteld. Het verlies van vezels kan te wijten zijn aan een kleine hoeveelheid monstersverlies tijdens de filtratie of een onjuiste identificatie.
Eenmaal onder de knie, kunnen meerdere filtratieapparaten tegelijkertijd worden gebruikt, waarbij het filteren van monsters minder dan twee uur per stuk duurt. De sorteertijd van monsters onder de microscoop is echter specifiek voor elk monster. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden om rekening te houden met mogelijke besmetting door laboratoriumapparatuur en veldlege monsters voor elke stap in het proces.
Volgens deze procedure kunnen andere methoden, zoals Fourier-transformatie infraroodspectroscopie, worden gebruikt om materiaaleigenschappen te verifiëren. Met de ontwikkeling van deze techniek kunnen onderzoekers die milieuverontreinigingen bestuderen, microplasticverontreiniging en waterwegen met hoge gehaltes aan zwevende sedimenten, evenals drijvend en ondergedompeld puin, onderzoeken.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit protocol behandelt de verzameling en analyse van microplasticamonsters uit zoetwatersystemen, die vaak hoge sedimentbelastingen bevatten. Het stelt onderzoekers in staat om microplastica-belastingen in rivieren te kwantificeren, een belangrijke bron van plastic afval in de oceaan.
Belangrijke Studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Milieuwetenschappen
- Ecologie van zoet water
- Verontreinigingsonderzoek
Achtergrond
- Microplasticaonderzoek heeft zich voornamelijk gericht op mariene systemen.
- Zoetwatersystemen kunnen hoge sedimentbelastingen en drijvend afval bevatten.
- Het begrijpen van de distributie van microplastica in rivieren is cruciaal voor de gezondheid van het milieu.
- Deze studie beoogt de kloof in de kennis over microplastica in zoet water te vullen.
Doel van het onderzoek
- Om een methode te ontwikkelen voor het verzamelen van microplasticamonsters uit rivieren.
- Om de impact van hoge sedimentbelastingen op de kwantificering van microplastica te analyseren.
- Om een gestandaardiseerd protocol te bieden voor toekomstig onderzoek in zoetwateromgevingen.
Gebruikte Methoden
- Spoel filterapparaten en nylon gaaszeefjes met gedeïoniseerd water.
- Gebruik afnemende gaasmaten in verbindingsstukken om monsters te filteren.
- Dicht de verbindingen goed af om lekken tijdens het filteren te voorkomen.
- Bevochtig een gemengd cellulose-estermembraanfilter met gedeïoniseerd water.
Belangrijkste Resultaten
- De methode maakt effectieve filtering van microplastica in omgevingen met hoge sedimentbelasting mogelijk.
- Onderzoekers kunnen microplastica-belastingen kwantificeren op groottes die niet typisch zijn opgenomen in eerdere studies.
- Resultaten dragen bij aan het begrip van het transport van plastic van rivieren naar oceanen.
- Deze techniek verbetert de nauwkeurigheid van microplasticaonderzoek in zoetwatersystemen.
Conclusies
- Het ontwikkelde protocol is effectief voor het analyseren van microplastica in zoetwatersystemen.
- Het gaat in op de uitdagingen die worden gesteld door hoge sedimentbelastingen.
- Toekomstige studies kunnen deze methode gebruiken om microplastica-verontreiniging in zoet water verder te onderzoeken.
Veelgestelde Vragen
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.
