Análise Multimodal de Microplásticos em Água Potável usando um Pipeline de Análise de Nanomembrana de Silício

Nossos objetivos de pesquisa são melhorar a análise de microplásticos presentes em vários tipos de amostras, bem como melhorar os dados gerados a partir dessas partículas de interesse. Os métodos analíticos atuais de microplásticos são propensos à introdução de contaminação extrínseca. Os métodos que descrevemos aqui eliminam as etapas de transferência e aliviam esse problema de contaminação.

Estamos fornecendo um protocolo utilizando uma nanomembrana de silício que permite aos pesquisadores realizar análises multimodais de suas partículas de interesse com maior eficiência e menos contaminação. A análise de microplásticos é tão eficaz quanto os métodos utilizados, combinando técnicas de imagem óptica, eletrônica e espectroscópica que permitem uma imagem mais completa. As nanomembranas de silício permitem essas múltiplas análises.

[Narrador] Para começar, vista um jaleco de laboratório 100% algodão e luvas de nitrilo. Usando álcool isopropílico a 99%, borrife as luvas de nitrilo, esfregue bem as mãos e enxágue com aproximadamente 18 megaohm de água filtrada a 0,22 micrômetro. Dobre um lenço delicado de fibra natural em quartos e borrife com álcool isopropílico 70%. Limpe a superfície do capô de trás para a frente e movimentos longos. Dobrar novamente a delicada tarefa para uma superfície não utilizada a cada duas pinceladas. Agora role um tapete de silicone na superfície do capô para coletar as partículas restantes. Pulverize o rolo de silicone com álcool isopropílico 99% e esfregue com as mãos enluvadas. Enxágue o rolo com água filtrada. Depois de repetir o processo de limpeza três vezes, deixe o rolo secar ao ar dentro do capô. Para gerar água ultrapura e álcool isopropílico, encha um copo de um litro com a água de 18 megaohms sob o capô. Prepare uma seringa de 60 milímetros e conecte o filtro de seringa de corte de 0.22 micrômetro empurrando pelo menos 200 mililitros de água filtrada através da seringa e do conjunto do filtro. Em seguida, enxágue um recipiente com tampa de rosca de vidro três vezes com água filtrada e encha o recipiente com água filtrada filtrada de 18 megohm 0,22 micrômetro. Repita as etapas de enchimento do béquer, escorva da seringa e enxágue do recipiente usando a porcentagem desejada de concentração de álcool isopropílico em vez de água para gerar álcool isopropílico ultrapuro. Use equipamento de proteção individual e luvas de nitrilo. Pulverize uma junta de silicone com álcool isopropílico ultrapuro a 99% e esfregue a junta com os dedos enluvados. Em seguida, enxágue a junta com água ultrapura. Primeiro, gere o processo em branco. Utilizando a seringa preparada, absorva 30 mililitros de água ultrapura e 30 mililitros de ar na seringa de 60 mililitros. Enrosque um filtro de seringa. Agite a seringa vigorosamente e distribua o líquido e o ar através do filtro. Depois de enxaguar três vezes, montar o aparelho de filtração de acordo com o gráfico de montagem visual. Ligue o vácuo para o aparelho de filtragem para criar um fluxo negativo através da pilha de discos do filtro. Para medir a contaminação de fundo do processo em branco, dispense 50 mililitros de água ultrapura lentamente sobre a nanomembrana no centro do disco superior usando a seringa enxaguada. Deixe a água ultrapura filtrar. Quando a amostra estiver seca, desligue o aspirador. Usando uma pinça limpa, remova cuidadosamente os discos do filtro das juntas e coloque-os em um recipiente limpo e rotulado, como uma placa de Petri de vidro ou uma caixa escura. Imagem dos discos de filtro sob microscopia para análise óptica e contagem de partículas. Para amostras de líquidos experimentais, repita o processo de enxágue da seringa com uma junta limpa adicional e uma unidade de filtro de seringa. Em seguida, pegue a quantidade desejada da nova amostra e dispense a amostra lentamente sobre a nanomembrana no centro do disco superior. Quando a filtração da amostra estiver concluída, enxágue a membrana três vezes com um mililitro de água ultrapura. Enxágue dois recipientes com tampa de rosca de vidro três vezes com água ultrapura. Prepare uma solução de 0,1 miligrama por mililitro de vermelho do Nilo em álcool isopropílico ultrapuro a 99% em um recipiente de vidro limpo. Inverta suavemente o recipiente 10 vezes para misturar a solução. Filtre a solução vermelha do Nilo no segundo recipiente com tampa de rosca de vidro. Coloque o disco de filtro a ser corado na frita de suporte do frasco de coleta a vácuo e pipete 20 microlitros da solução de vermelho do Nilo de 0,1 miligrama por mililitro na nanomembrana no centro do disco de filtro. Incube a mancha na nanomembrana por cinco minutos e, em seguida, filtre a mancha a vácuo. Enxágue o disco do filtro três vezes com um mililitro de álcool isopropílico ultrapuro a 99%. Para remover o excesso de mancha vermelha do Nilo. Deixe o disco do filtro assentar na frita de suporte com o aspirador ligado por dois minutos para filtrar e secar qualquer líquido residual. Se ainda não secar após dois minutos, transfira-o para um forno a 70 graus Celsius por dois a cinco minutos usando uma placa de Petri de vidro limpa. Para quantificação de partículas, imobilize o disco do filtro em uma lâmina de microscópio usando uma junta de silicone e mova-o para a platina do microscópio. Visualize a nanomembrana usando iluminação de campo brilhante para que as contagens máximas detectadas sejam aproximadamente 90% do alcance máximo da câmera detectora. Visualize a nanomembrana usando iluminação fluorescente para que as intensidades máximas de pixel sejam de cerca de 25% do alcance máximo da câmera detectora. Por fim, salve as imagens adquiridas como um arquivo TIFF composto de 16 bits. As nanomembranas de nitreto de silício nu e nitreto de silício revestidas de ouro foram adequadas para tipos específicos de análise. O nitreto de silício nu era adequado para técnicas ópticas baseadas em transmissão, bem como espectroscopia, enquanto as nanomembranas de silício revestidas de ouro eram adequadas para técnicas baseadas em reflexão. É mostrada uma cascata ideal de dados que foi gerada a partir de uma única nanomembrana de silício. Partículas microplásticas suspeitas coradas com vermelho do Nilo indicaram que as amostras de água da torneira testadas tinham uma contagem significativamente maior de partículas maiores que 20 mícrons em comparação com a subfração de 8 a 20 mícrons. Os espectros Raman coletados com um laser de 830 nanômetros apresentaram um alto coeficiente de correlação na mesma partícula analisada com microscopia óptica. Espectros revelaram que a partícula era composta de polietileno. A microscopia eletrônica de varredura revelou características morfológicas detalhadas das partículas capturadas na nanomembrana de silício. A análise de espectroscopia de raios-X por dispersão de energia mostrou que a principal composição das partículas era principalmente carbono e nitrogênio. Isso, juntamente com uma absorção de mancha azul de tripano, sugere que a partícula é provavelmente de origem orgânica. A preparação de amostras abaixo do ideal produziu dados pouco claros. A coloração de vermelho do Nilo enxaguada incorretamente dificulta a identificação das partículas e espectros Raman abaixo do ideal com um baixo coeficiente de correlação foram obtidos, sugerindo que a identidade química da partícula não pode ser confirmada de forma confiável.