Формирование микро- и нанопластиков из сельскохозяйственных пластиковых пленок для использования в фундаментальных исследованиях
July 27th, 2022
Мы показываем формирование и размерную характеристику микро- и нанопластиков (МП и НП соответственно) с использованием поэтапного процесса механического фрезерования, шлифования и визуализационного анализа.
Антон Астнер: Этот протокол описывает получение инженерных микро- и нанопластиков, полученных из широкого спектра полимерных исходных материалов, таких как гранулы и пленки, представляющие собой аутентичные модельные материалы. Этот метод эффективно формирует микронанопластик с помощью простой механической процедуры, включающей криогенное измельчение, кипение и мокрое измельчение, которые могут служить суррогатом материалов для экологических исследований. Для начала извлечения пены из рулона и нарезания пены P B A T на полоски с помощью резака для бумаги предварительно замочите фрагменты в деионизированной воде на 10 минут и переложите пенный материал в криогенный контейнер.
Медленно добавьте 200 миллилитров жидкого азота в криогенный контейнер, аккуратно перенесите пропитанные кусочки пены или гранулы в криогенный контейнер со стальным пинцетом. Затем переложите замороженные фрагменты пены или гранулы в блендер и обрабатывайте в течение 10 секунд. Добавьте 400 миллилитров воды DI и смешайте пенную водную суспензию в течение пяти минут.
Переложите шлам в воронку бюшнера с фильтром и примените вакуум в течение одного часа. Затем перенесите образец с воронкой в вакуумную печь. Сушить при 30 градусах Цельсия в течение не менее 48 часов.
Взвесьте образцы полимерной пленки или гранул и переложите в стеклянную банку емкостью 50 миллилитров. Поместите прямоугольную загрузочную трубку с 20-сетчатым семенем в прорезь перед ротационным режущим молоком и поднимите загрузочную трубку до тех пор, пока она не попадет в штифт. Поместите стеклянную пластину над поверхностью фрезерных камер и закрепите ее регулируемым зажимом.
Затем поместите стеклянную банку на 50 миллилитров под розетку мельницы. Расположите скользящую боковую опору рычага на мельнице немного от центра на переднем стекле и затяните с помощью нервного болта. Вставьте воронку бункера поверх мельницы в отверстие верхней фрезерной камеры.
Подключите линейный шнур к розетке и нажмите переключатель шнура, чтобы начать работу мельницы. Медленно подавайте образец и добавляйте следующую партию фрагментов пленки или гранул после того, как слышимый шум уменьшится. После обработки фрагментов пленки или гранул нажмите на переключатель шнура, чтобы остановить работу мельницы примерно на 20 минут, чтобы остыть.
Очистите режущую камеру шпателем и щетиной щеткой и соберите частицы в стеклянную банку. Снимите 20-сетчатую 840-микрометровую трубку и замените ее на 60-сетчатую подающую трубку. По завершении первой партии повторно вводят собранный материал в бункер мельницы.
Следуйте той же процедуре для фракции измельчения 60 заторов. Извлеките оставшиеся частицы в камере и добавьте их в собранную основную фракцию. Приготовьте навозную жижу из микропластика.
Начните с того, что возьмите воду в стеклянный стакан и вставьте перемешивающий стержень. Вводят восемь граммов собранной 250-микрометровой пластиковой фракции. Поместите стеклянный стакан на перемешивающую пластину и перемешивайте магнитно в течение 24 часов со скоростью 400 оборотов в минуту.
Для замачивания частиц в воде переложите частицы в пластиковый контейнер. Заполните дополнительные два литровых пластиковых контейнера водой, которые будут использоваться для смывания милых частиц на бункере измельчителя. В процессе шлифования.
Поместите камни зеленого размера 46 в мокрую фрикционную шлифовальную машину и закрепите центральную гайку. Ручная тугой с помощью 17-миллиметрового ключа добавьте бункер сверху и закрепите четыре болта пятимиллиметровым ключом Allen. Поместите литровую пластиковую банку для сбора под выходное отверстие коллайдера.
Поместите второе пустое литровое ведро рядом с выходом, которое будет использоваться для обмена во время обработки. Включите питание и тщательно отрегулируйте зазор датчика, повернув регулировочное колесо по часовой стрелке, что соответствует положительному сдвигу на 0,10 микрометра из нулевого положения до тех пор, пока не услышите прикосновение шлифовальных камней. Затем отрегулируйте гибкое измерительное кольцо до нуля и немедленно поверните колесо против часовой стрелки.
По умолчанию скорость регулируется до 1500 оборотов в минуту. Поверните регулировочное колесо по часовой стрелке, пока камни не коснутся, и аккуратно заполните водопластиковую кашицу в бункер. Постоянно уменьшайте зазор до коэффициента зазора, равного отрицательному 2,0, соответствующему отрицательному сдвигу на 0,20 микрометра из нулевого положения после введения суспензии.
Соберите навозную жижу, обменяв ведра для сбора. Как только уровень наполнения и ведро превышают 0,5 литра, они собирают и повторно вводят частицы в мясорубку в 30-60 раз выше. Проходы приводят к уменьшению размера частиц.
Промывайте привлекательные частицы на бункере с помощью подготовленной бутылки для воды DI, чтобы обеспечить подходящее смешивание навозной жижи во время обработки. Извлеките суспензию и перемешивайте в течение четырех часов со скоростью 400 оборотов в минуту при температуре 25 градусов Цельсия, чтобы она хорошо перемешивала, давая суспензии стоять в течение 48 часов для стабилизации. Численный анализ выявил бимодальное распределение частиц по размерам для нанопластиков, полученных из обоих исходных запасов.
Основные популяции частиц для нанопластиков из поддонов P B A T составляли приблизительно 79 и 530 нанометров, а соответствующие значения частоты плотности чисел составляли 25 и 5% соответственно. С другой стороны, нанопластики, полученные из пен P B A T, обладали максимальными размерами примерно 50 и 106 нанометров с соответствующими значениями частоты плотности чисел 11 и 10% соответственно. Результаты FTIR R для P B A T Nanoplastics указывают на отчетливое снижение значений поглощения между 980 и 1200 сантиметрами, обратными, отражающими выщелачивание крахмального компонента во время влажного измельчения.
В соответствии с предыдущими наблюдениями исследования Антон Астнер: Для образования микропластика из пластиковой пленки и гранул криогенная предварительная обработка вызывает охрупчивание пластмасс. Он имитирует воздействие выветривания окружающей среды, но не идеально, что позволяет ускорить дефрагментацию. Процедура криоизмельчивания в сочетании с процессом мокрого измельчения позволяет обрабатывать многочисленные различные пластиковые корма для формирования аутентичных микронанопластиков, используемых в исследованиях экологических исследований.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Обзор
Этот протокол описывает метод подготовки искусственных микро- и нанопластмасс из различных полимерных материалов. Метод использует механические процедуры для эффективного создания микро- и нанопластмасс, подходящих для экологических исследований.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Экология
- Материаловедение
- Исследование загрязнения пластиком
Бэкграунд
- Микро- и нанопластики являются распространенными экологическими загрязнителями.
- Понимание их образования важно для оценки их воздействия.
- Существующие методы создания этих материалов часто сложны.
- Это исследование представляет упрощенный механический подход.
Цель исследования
- Разработать прямой метод производства микро- и нанопластмасс.
- Использовать обычные полимерные материалы для создания этих материалов.
- Предоставить протокол, который может быть использован в экологических исследованиях.
Используемые методы
- Подготовка полимерных материалов путем резки и вымачивания.
- Криогенное мяление для замораживания и измельчения материалов.
- Мокрая растрескивающая обработка для создания суспензии микро- и нанопластмасс.
- Анализ изображений для характеристики полученных частиц.
Основные результаты
- Успешное образование микро- и нанопластмасс из различных полимеров.
- Характеристика размеров и распределения частиц.
- Демонстрация эффективности и простоты метода.
- Потенциальные применения в экологических исследованиях подчеркиваются.
Выводы
- Протокол обеспечивает эффективный способ производства микро- и нанопластмасс.
- Он может служить ценным инструментом для исследователей, изучающих загрязнение пластиком.
- Дальнейшие исследования могут изучать экологическое воздействие этих материалов.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Authentic micro- and nanoplastics derived from agricultural films are critical for accurately modeling environmental exposure and toxicological risk in preclinical research. This protocol enables the generation of representative plastic particles, supporting mechanistic de-risking and predictive confidence in studies of environmental contaminant impact. The approach addresses a key gap in translational relevance by replacing idealized test materials with particles that mimic real-world agricultural plastic debris.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of toxicological hypotheses using environmentally relevant micro- and nanoplastics.
- Supports mechanistic de-risking by providing authentic test materials for pathway analysis.
- Improves predictive confidence in hazard identification and target validation studies.
Screening & Assay Development
- Facilitates preparation of standardized particle fractions for reproducible in vitro and in vivo assays.
- Enables quantitative assessment of particle size, distribution, and morphology for assay input control.
- Supports scalability and platform reuse by allowing consistent production of test materials from commercial feedstocks.
Translational & Preclinical Research
- Aligns laboratory test materials with real-world agricultural plastic contaminants for translational continuity.
- Enables risk-adjusted advancement decisions by providing data on authentic particle exposure scenarios.
- Supports biomarker discovery and validation in environmentally relevant exposure models.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery-to-preclinical continuum by supplying authentic micro- and nanoplastics for toxicology, exposure, and mechanistic studies.
- Discovery Biology: Provides materials for hypothesis-driven studies of plastic particle effects on biological systems.
- Screening: Delivers reproducible, size-fractionated particles for standardized assay development.
- Analytics: Enables quantitative measurement of particle size and distribution using imaging and DLS.
- Translational Research: Bridges laboratory models with field-relevant exposure scenarios for improved predictive value.
- Enterprise Reuse: Establishes a protocol for ongoing production of authentic test materials across research programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in environmental toxicology studies.
- Operational Value: Standardizes particle preparation, ensuring reproducibility and scalability across projects.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and reduces late-stage risk by aligning test materials with real-world exposures.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of environmental hazard and mitigation strategies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in mechanical milling, particle characterization, and environmental toxicology.
- Needs access to cryogenic milling, wet grinding, and analytical instrumentation such as DLS and imaging systems.
- Demands cross-team standardization of particle preparation and characterization protocols.
- Adaptation may be needed for different polymer types or environmental weathering conditions.
- Particle size distribution and morphology must be validated for each batch to ensure experimental relevance.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:44
Processing of Plastic Film or Pellets by Cryogenic Pretreatment and Milling
3:27
Preparation of an Aqueous NP Slurry for Wet Grinding
4:14
Preparation of the Wet Grinding Machine for NP Production
6:20
Results: Histograms of Particle Size for NPs and FTIR Spectra of MNP Comparison Among Particle Size Fractions
7:29
Conclusion
