Pobieranie próbek, sortowanie i charakteryzowanie mikrodrobin plastiku w środowisku wodnym z dużą ilością zawieszonych osadów i dużymi pływającymi odpadami
July 28th, 2018
Większość dotychczasowych badań nad mikroplastikiem miała miejsce w systemach morskich, gdzie poziom zawieszonych ciał stałych jest stosunkowo niski. Uwaga skupia się obecnie na systemach słodkowodnych, które mogą charakteryzować się dużą ilością osadów i pływającymi szczątkami. Protokół ten dotyczy zbierania i analizowania próbek mikroplastiku ze środowisk wodnych, które zawierają wysokie zawieszone ładunki stałe.
Metoda ta pomoże naukowcom określić ilościowo ładunki mikroplastiku w rzekach, które często zawierają duże ilości osadów, ponieważ są one głównym źródłem plastikowych śmieci do oceanów. Główną zaletą tej techniki jest to, że umożliwia ona filtrowanie i sortowanie próbek mikroplastiku i wody o dużym obciążeniu osadem w rozmiarach zwykle nieuwzględnionych w poprzednich badaniach. Aby rozpocząć, przepłucz urządzenie filtrujące i sita z siatki nylonowej trzykrotnie wodą dejonizowaną.
Następnie umieść sita siatkowe w każdym złączu, tak aby rozmiary nalewania zmniejszały się od góry do dołu. Aby zapobiec wyciekom, szczelnie uszczelnij każde złącze. Następnie zwilż filtr membranowy z mieszanych estrów celulozy wodą dejonizowaną.
Gdy filtr jest jeszcze wilgotny, złóż go w stożek. Następnie umieść kosz z siatki ze stali nierdzewnej w ostatnim złączu. Ostrożnie umieść złożony filtr membranowy w koszu.
Zawiń wargę filtra przez krawędź złącza. Następnie umieść sito siatkowe na górze filtra membranowego w ostatnim złączu. Upewnij się, że wszystkie połączenia złączy są szczelnie uszczelnione.
Następnie przymocuj wąż z górnej części kolby filtrującej do podstawy urządzenia filtrującego. Włącz pompę próżniową, upewniając się, że ciśnienie nie przekracza 127 mililitrów rtęci. Za pomocą cylindra z podziałką o pojemności 500 mililitrów zmierz całkowitą objętość próbki.
Następnie należy zarejestrować objętość próbki i przenieść ją do urządzenia filtrującego. Aby opróżnić kolbę filtrującą, wyłącz pompę i odłącz dwa węże od kolby. Następnie opróżnij kolbę do pojemnika na odpady.
Aby kontynuować cykl filtracji, ponownie podłącz węże i włącz pompę. Po przefiltrowaniu całej próbki użyj wody dejonizowanej, aby trzykrotnie przepłukać pojemnik na próbkę i cylinder miarowy. Po każdym płukaniu przefiltruj wodę dejonizowaną używaną do płukania pojemnika i cylindra z podziałką.
Za pomocą wody dejonizowanej trzykrotnie przepłukać ścianki urządzenia filtrującego. Następnie wyłącz pompę próżniową i użyj butelki do mycia wodą dejonizowaną, aby przepłukać krawędzie złącza. Wyłącz pompę i za pomocą kleszczy usuń sito siatkowe ze złącza.
Umieść sitko na przykrytej szalce Petriego i susz w temperaturze 60 stopni Celsjusza przez 24 godziny. Powtórz ten proces dla każdego złącza. Następnie włącz pompę próżniową i przepłucz krawędzie filtra membranowego za pomocą butelki do mycia wodą dejonizowaną.
Umyj cząstki stałe na krawędziach filtra do środka i upewnij się, że cała woda przepływa przez filtr. Następnie za pomocą kleszczy wyjmij i rozłóż filtr membranowy. Umieść filtr w foliowej kopercie i susz w temperaturze 60 stopni Celsjusza przez 24 godziny.
Najpierw zbadaj filtr membranowy pod mikroskopem stereoskopowym. Podejrzane tworzywa sztuczne nie będą miały struktury komórkowej. Włókna będą miały równą grubość na całej długości, a cząsteczki nie będą wyglądać na błyszczące.
Usuń podejrzane tworzywa sztuczne z filtra i umieść je w fiolce zawierającej 70% etanolu. Zapisz kolor i kształt każdego podejrzanego plastiku. W przypadku sit z siatki nylonowej przechowywanych na szalkach Petriego, po usunięciu wszystkich podejrzanych tworzyw sztucznych z filtra, należy sprawdzić pokrywę i spód szalki Petriego pod kątem dodatkowych podejrzanych tworzyw sztucznych.
Aby potwierdzić ten protokół, trzy próbki z Oso Bay zostały wzbogacone o 10 niebieskich cząstek polietylenu i 50 zielonych włókien nylonowych. Średnio z próbek odzyskano 100% cząstek polietylenu i 92% włókien nylonowych. Utrata włókien może być spowodowana niewielką ilością ubytku próbki podczas filtracji lub nieprawidłową identyfikacją.
Po opanowaniu można uruchomić jednocześnie wiele aparatów filtracyjnych, z których każda wymaga filtracji w czasie krótszym niż dwie godziny. Czas sortowania próbek pod mikroskopem jest jednak specyficzny dla próbki. Podczas próby tej procedury należy pamiętać o uwzględnieniu potencjalnego zanieczyszczenia za pomocą sprzętu laboratoryjnego i ślepych prób polowych na każdym etapie procesu.
Zgodnie z tą procedurą można zastosować inne metody, takie jak spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera, do weryfikacji właściwości materiału. Dzięki opracowaniu tej techniki naukowcy badający zanieczyszczenia środowiskowe mogą badać zanieczyszczenia mikroplastikiem i drogi wodne z dużymi ładunkami zawieszonych osadów, a także pływających i zanurzonych śmieci.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten protokół dotyczy pobierania i analizy próbek mikroplastików z systemów słodkowodnych, które często zawierają wysokie ładunki osadów. Umożliwia badaczom ilościową ocenę ładunków mikroplastików w rzekach, będących znaczącym źródłem zanieczyszczenia plastikowego w oceanach.
Kluczowe komponenty badania
Obszar nauki
- Nauki środowiskowe
- Ekologia słodkowodna
- Badania nad zanieczyszczeniami
Tło
- Badania nad mikroplastikami koncentrowały się głównie na systemach morskich.
- Systemy słodkowodne mogą mieć wysokie ładunki osadów i dryfujące zanieczyszczenia.
- Rozumienie dystrybucji mikroplastików w rzekach jest kluczowe dla zdrowia środowiska.
- To badanie ma na celu wypełnienie luki w wiedzy dotyczącej mikroplastików w wodach słodkich.
Cel badania
- Opracować metodę pobierania próbek mikroplastików z rzek.
- Zanalizować wpływ wysokich ładunków osadów na ilościową ocenę mikroplastików.
- Dostarczyć standaryzowany protokół dla przyszłych badań w środowiskach słodkowodnych.
Stosowane metody
- Płucz urządzenia do filtrowania i sita z nylonowej siatki przy użyciu wody dejonizowanej.
- Używaj malejących rozmiarów siatki w połączeniach unii do filtrowania próbek.
- Szczeliw połączenia szczelnie, aby zapobiec wyciekom podczas filtrowania.
- Namącz mieszankę filtru z estrów celulozy w wodzie dejonizowanej.
Główne wyniki
- Metoda pozwala na efektywne filtrowanie mikroplastików w środowiskach o wysokiej zawartości osadów.
- Badacze mogą ilościowo ocenić ładunki mikroplastików o wielkościach nieuwzględnianych w poprzednich badaniach.
- Wyniki przyczyniają się do lepszego zrozumienia transportu plastiku z rzek do oceanów.
- Ta technika poprawia dokładność badań nad mikroplastikami w systemach słodkowodnych.
Wnioski
- Opracowany protokół jest skuteczny w analizie mikroplastików w systemach słodkowodnych.
- Rozwiązuje wyzwania związane z wysokimi ładunkami osadów.
- Przyszłe badania mogą wykorzystać tę metodę do dalszego badania zanieczyszczenia wod słodkich mikroplastikami.
Często zadawane pytania
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.
