Summary
وقد فصلت هذه الدراسة بروتوكولا موثوقا وفعالا من حيث التكلفة لجمع البلاستيك الدقيق والكشف عنه من الاستخدام اليومي للمنتجات البلاستيكية.
Abstract
أصبحت البلاستيك الدقيق (أعضاء البرلمان) مصدر قلق عالمي بسبب المخاطر المحتملة على صحة الإنسان. دراسات حالة من المنتجات البلاستيكية (أي البلاستيك واحد استخدام أكواب وغلايات) تشير إلى أن النائب الإفراج خلال الاستخدام اليومي يمكن أن تكون عالية للغاية. تحديد مستوى إطلاق MP بدقة هو خطوة حاسمة لتحديد وتحديد مصدر التعرض وتقييم / التحكم في المخاطر المقابلة الناجمة عن هذا التعرض. على الرغم من أن بروتوكولات قياس مستويات MP في المياه البحرية أو المياه العذبة قد تم تطويرها بشكل جيد ، إلا أن الظروف التي تعانيها المنتجات البلاستيكية المنزلية يمكن أن تختلف بشكل كبير. تتعرض العديد من المنتجات البلاستيكية لدرجات حرارة عالية متكررة (تصل إلى 100 درجة مئوية) ويتم تبريدها مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة أثناء الاستخدام اليومي. ولذلك من الأهمية بمكان وضع بروتوكول لأخذ العينات يحاكي سيناريو الاستخدام اليومي الفعلي لكل منتج معين. ركزت هذه الدراسة على زجاجات تغذية الأطفال القائمة على البولي بروبلين المستخدمة على نطاق واسع لتطوير بروتوكول فعال من حيث التكلفة لدراسات إطلاق MP للعديد من المنتجات البلاستيكية. ويمكن البروتوكول الذي وضع هنا من: (1) منع التلوث المحتمل أثناء أخذ العينات والكشف عنها؛ (2) منع التلوث المحتمل أثناء أخذ العينات والكشف عنها؛ (2) منع التلوث المحتمل أثناء عملية أخذ العينات والكشف عنها؛ (2) منع التلوث المحتمل أثناء عملية أخذ العينات؛ ( 2) التنفيذ الواقعي لسيناريوهات الاستخدام اليومي، وجمع دقيق للنواب المفرج عنهم من زجاجات تغذية الأطفال استنادا إلى المبادئ التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية؛ و 3) تحديد الكيميائية فعالة من حيث التكلفة ورسم الخرائط التضاريس الفيزيائية من أعضاء البرلمان صدر من زجاجات تغذية الطفل. واستنادا إلى هذا البروتوكول، كانت نسبة الاسترداد باستخدام البوليسترين MP القياسية (قطرها 2 ميكرومتر) 92.4-101.2٪ في حين أن الحجم المكتشف كان حوالي 102.2٪ من الحجم المصمم. البروتوكول المفصل هنا يوفر طريقة موثوقة وفعالة من حيث التكلفة لإعداد عينة MP والكشف عنها ، والتي يمكن أن تستفيد بشكل كبير من الدراسات المستقبلية لإطلاق MP من المنتجات البلاستيكية.
Introduction
معظم أنواع البلاستيك غير قابلة للتحلل الحيوي ولكن يمكن تقسيمها إلى قطع صغيرة بسبب العمليات الكيميائية والفيزيائية مثل الأكسدة والاحتكاك الميكانيكي1،2. تصنف القطع البلاستيكية التي تقل عن 5 ملم على أنها مواد بلاستيكية دقيقة (أعضاء البرلمان). أعضاء البرلمان في كل مكان وتوجد في كل ركن تقريبا في العالم. لقد أصبحت مصدر قلق عالمي بسبب المخاطر المحتملة على البشر والحياة البرية3،4. حتى الآن ، تم العثور على تراكمات كبيرة من أعضاء البرلمان في الأسماك والطيور والحشرات5و6 وكذلك الثدييات (الماوس ، في الأمعاء والكلى والكبد7،8). وجدت الدراسات أن التعرض وتراكم أعضاء البرلمان يمكن أن تلحق الضرر التمثيل الغذائي الدهون من الفئران7،8. ووجد تقييم للمخاطر يركز على الأسماك أن أعضاء البرلمان دون الميكرون يمكن أن تخترق حاجز الدم إلى الدماغ وتسبب تلف الدماغ9. وتجدر الإشارة إلى أنه حتى الآن تم الحصول على جميع نتائج مخاطر النائب من الدراسات الحيوانية في حين أن الخطر المحدد على صحة الإنسان لا يزال غير معروف.
في العامين الماضيين، زادت المخاوف بشأن تهديد النائب لصحة الإنسان بشكل كبير مع تأكيد مستويات تعرض الإنسان لأعضاء البرلمان. تم العثور على تراكم أعضاء البرلمان في القولون البشري10، مشيمة النساء الحوامل11 وبراز الكبار12. ومن الأهمية بمكان تحديد مستويات إطلاق ال MP بدقة لتحديد مصادر التعرض وتقييم المخاطر الصحية وتقييم كفاءة أي تدابير رقابة محتملة. في السنوات القليلة الماضية، ذكرت بعض دراسات الحالة أن البلاستيك اليومي الاستخدام (أي غلاية بلاستيكية13 وأكواب ذات استخدام واحد14)يمكن أن تطلق كميات عالية للغاية من أعضاء البرلمان. على سبيل المثال، أكواب الورق المتاح (مع الداخلية مغلفة مع البولي ايثيلين PE أو أفلام كوبوليمر)، صدر ما يقرب من 250 ميكرون الحجم أعضاء البرلمان و 102 مليون جزيئات صغيرة الحجم في كل ملليلتر من السائل بعد التعرض ل85-90 درجة مئوية الماء الساخن14. وأفادت دراسة لحاويات المواد الغذائية البولي بروبلين (PP) أن ما يصل إلى 7.6 ملغ من جزيئات البلاستيك يتم تحريرها من الحاوية خلال استخدام واحد15. وسجلت مستويات أعلى من أكياس الشاي المصنوعة من البولي ايثيلين تيريفثالات (PET) والنايلون، والتي أفرجت عن ما يقرب من 11.6 مليار عضو في البرلمان و 3.1 مليار عضو في البرلمان نانو الحجم في كوب واحد (10 مل) من المشروبات16. وبالنظر إلى أن هذه المنتجات البلاستيكية ذات الاستخدام اليومي مصممة لإعداد الأغذية والمشروبات، فمن المرجح أن يتم إطلاق كميات كبيرة من أعضاء البرلمان وأن استهلاكهم يشكل تهديدا محتملا لصحة الإنسان.
الدراسات على الإفراج عن النائب من المنتجات البلاستيكية المنزلية (أي غلاية بلاستيكية13 وأكواب ذات استخدام واحد14)هي في مرحلة مبكرة، ولكن من المتوقع أن هذا الموضوع سوف تتلقى اهتماما متزايدا من الباحثين والجمهور العام. تختلف الطرق المطلوبة في هذه الدراسات اختلافا كبيرا عن تلك المستخدمة في الدراسات البحرية أو دراسات المياه العذبة في درجة حرارة الغرفة حيث توجد بروتوكولات راسخة بالفعل17. وعلى النقيض من ذلك، تنطوي الدراسات التي تنطوي على الاستخدام اليومي للمنتجات البلاستيكية المنزلية على درجة حرارة أعلى بكثير (تصل إلى 100 درجة مئوية)، مع تكرار ركوب الدراجات في كثير من الحالات إلى درجة حرارة الغرفة. وأشارت دراسات سابقة إلى أن البلاستيك في اتصال مع الماء الساخن يمكن أن يطلق سراح الملايين من أعضاء البرلمان16،18. بالإضافة إلى ذلك ، قد يؤدي الاستخدام اليومي للمنتجات البلاستيكية بمرور الوقت إلى تغيير خصائص البلاستيك نفسه. ولذلك، من الأهمية بمكان وضع بروتوكول لأخذ العينات يحاكي بدقة سيناريوهات الاستخدام اليومي الأكثر شيوعا. 10 - ويعد الكشف عن الجسيمات الصغيرة الحجم تحديا رئيسيا آخر. وأشارت الدراسات السابقة إلى أن أعضاء البرلمان الإفراج عن المنتجات البلاستيكية هي أصغر من 20 ميكرومتر16،19،20. الكشف عن هذه الأنواع من أعضاء البرلمان يتطلب استخدام مرشحات الأغشية الملساء مع حجم المسام الصغيرة. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري التمييز بين أعضاء البرلمان والملوثات المحتملة التي يلتقطها الفلتر. يستخدم التحليل الطيفي رامان عالية الحساسية لتحليل التركيب الكيميائي، والتي لديها ميزة تجنب الحاجة إلى قوة ليزر عالية التي من المعروف أن تدمر بسهولة جزيئات صغيرة20. ومن ثم، يجب أن يجمع البروتوكول بين إجراءات المناولة الخالية من التلوث واستخدام مرشحات الأغشية المثلى وطريقة التوصيف التي تسمح بتحديد MP بسرعة ودقة.
ركزت الدراسة التي ذكرت هنا على زجاجة تغذية الطفل القائمة على PP (BFB) ، وهي واحدة من المنتجات البلاستيكية الأكثر استخداما في الحياة اليومية. وتبين أن عددا كبيرا من أعضاء البرلمان يتم تحريرها من البلاستيك BFB خلال إعدادالصيغة 18. لمزيد من الدراسة للافراج عن النائب من البلاستيك اليومي ، وإعداد العينة وطريقة الكشف عن BFB مفصلة هنا. وأثناء إعداد العينة، اتبعت بعناية عملية إعداد التركيبة المعيارية (التنظيف والتعقيم والخلط) التي أوصت بها منظمة الصحة العالمية21. ومن خلال تصميم البروتوكولات حول المبادئ التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية، تأكدنا من أن إطلاق سراح النائب من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور يحاكي عملية إعداد حليب الأطفال التي يستخدمها الآباء. تم تصميم عملية التصفية لجمع أعضاء البرلمان الصادرين من BFBs بدقة. بالنسبة لتحديد أعضاء البرلمان كيميائيا، تم تحسين ظروف عمل التحليل الطيفي لرامان للحصول على أطياف نظيفة ويمكن التعرف عليها بسهولة من أعضاء البرلمان، مع تجنب إمكانية حرق الجسيمات المستهدفة في الوقت نفسه. وأخيرا، تم تطوير إجراء الاختبار الأمثل والقوة التطبيقية للسماح برسم خرائط تضاريس ثلاثية الأبعاد دقيقة لأعضاء البرلمان باستخدام المجهر للقوة الذرية (AFM). البروتوكول (الشكل 1) مفصلة هنا يوفر طريقة موثوقة وفعالة من حيث التكلفة لإعداد عينة MP والكشف عنها، والتي يمكن أن تستفيد بشكل كبير الدراسات المستقبلية للمنتجات البلاستيكية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. إعداد الماء الساخن
- لجميع الأجهزة التي تأتي في اتصال مع العينات، واستخدام الزجاج النظيف المصنوع من borosilicate 3.3 لمنع أي تلوث محتمل. تنظيف جميع الأواني الزجاجية تماما.
تحذير:يمكن للخدوش الموجودة مسبقا أو بقع النقص على الأواني الزجاجية إطلاق الجسيمات أثناء عملية التدفئة والهز. نقترح أن المستخدمين التحقق من الأواني الزجاجية وتجنب استخدام الأواني الزجاجية خدش. أظهرت المقارنة بين الأواني الزجاجية المصنوعة من نظارات مختلفة (مثل الصودا والجير والبوروسيليكات) أن البوروسيليكات 3.3 تطلق أقل كمية من جزيئات الزجاج (يمكن فحصها من قبل التحليل الطيفي رامان) ، ونوصي باستخدام الأواني الزجاجية بوروسيليكاتي 3.3 في جميع الاختبارات. - صب 360 مل من مياه DI في كوب زجاجي. قم بتغطية الكأس بقرص زجاجي نظيف. ثم نقله إلى فرن ميكروويف العلامة التجارية الجديدة والحرارة لمدة 2.5 دقيقة في طاقة الفرن الكامل. بعد اهتزاز بلطف لإزالة أي تدرجات درجة الحرارة المحتملة بسبب تفاوت التدفئة، ودرجة حرارة المياه داخل الكأس هو 70 درجة مئوية وعلى استعداد لإعداد العينة.
- إعداد 95 درجة مئوية من الماء لتعقيم BFB عن طريق صب 1 لتر من مياه DI في الأواني الزجاجية والتدفئة في فرن الميكروويف لمدة 14 دقيقة.
تحذير: لا تستخدم غلايات بلاستيكية لإعداد الماء الساخن. غلاية بلاستيكية نفسها تطلق الملايين من أعضاء البرلمان في الماء الساخن خلال عملية الغليان13.
2. MP الإفراج أثناء إعداد الصيغة
ملاحظة: اتباع عملية إعداد التركيبة القياسية بعناية (التنظيف والتعقيم والخلط) التي أوصت بها منظمة الصحة العالمية21، يتم محاكاة أعضاء البرلمان الذين تم إطلاق سراحهم من BFBs أثناء إعداد الصيغة في الخطوات ال 3 التالية.
- جمع منتجات BFB العلامة التجارية الجديدة من مخازن الصيدليات وتنظيفها جيدا بعد إزالة المنتج من التعبئة والتغليف. غسل كل BFB باستخدام مياه المنظفات (كرر 3 مرات في درجة حرارة الغرفة RT) والماء المقطر (المتكررة 3 مرات، RT). وأخيرا، شطف BFB 3 مرات باستخدام المياه DI في RT.
تحذير: لا تنظيف BFB باستخدام سونيكيشن. على الرغم من أن سونيكيشن يستخدم على نطاق واسع في المختبرات لخلط وتنظيف، سونيكيشن من BFB يمكن أن تلحق ضررا بالغا سطح زجاجة وتسبب النائب الإفراج عن المنتجات PP في غضون 1 دقيقة. - نقع BFB في 95 درجة مئوية DI المياه (القسم 1.3) لتعقيم الزجاجة. لتجنب تعويم BFB، اضغط قليلا على السطح الخارجي للBFB باستخدام ملاقط الفولاذ المقاوم للصدأ وضمان أن الجسم زجاجة كاملة يغمر في الماء.
- بعد 5 دقائق، أخرج الزجاجة ونقلها إلى قرص زجاجي نظيف. أثناء خطوة تجفيف الهواء ، عكس الزجاجة على القرص الزجاجي حتى لا يكون هناك دليل على وجود قطرات.
- صب 180 مل من ماء DI الساخن (70 درجة مئوية، من القسم 1.2، المطابق لإرشادات منظمة الصحة العالمية) في الزجاجة المجففة بالهواء. ثم تغطية زجاجة على الفور باستخدام طبق بيتري الزجاج ووضعه في سرير تهتز.
- لمحاكاة عملية خلط التركيبة، هز الزجاجة بسرعة 180 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية. بعد الهز، نقل الزجاجة إلى لوحة زجاجية نظيفة والسماح لها لتبرد.
3. إعداد عينة لتحديد النائب وتحديد كمي
- Sonicate وشطف جميع أجزاء من مرشح الزجاج (قطرها 25 ملم، قمع الزجاج، fritted قاعدة دعم الزجاج وقارورة الاستقبال) باستخدام المياه DI.
- ضع قطعة من الذهب المغلفة البولي PC مرشح غشاء (حجم المسام من 0.8 ميكرومتر، Au طبقة طبقة سمك 40 نانومتر) في منتصف قاعدة الزجاج.
- تجميع قمع الزجاج والمشبك الفولاذ المقاوم للصدأ لإصلاح مرشح الغشاء. وأخيرا توصيل مرشح الزجاج تجميعها إلى مضخة فراغ (الشكل 2).
تحذير:لضمان أن الغشاء العصي بسلاسة على سطح القاعدة الزجاجية من المهم للحفاظ على قاعدة الزجاج الرطب. إذا لزم الأمر، ينبغي إسقاط 1-2 قطرات من الماء DI على سطح قاعدة الزجاج قبل وضع أسفل مرشح الغشاء.
- اخلط عينة الماء المبرد بعناية في BFB (من القسم 2.3)، ثم قم بنقل كمية معينة من عينة الماء إلى القمع الزجاجي باستخدام ماصة زجاجية. قم بتشغيل مضخة الفراغ للسماح لعينة الماء بالتصفية من خلال فلتر الغشاء ببطء.
- بعد التصفية، اغسل الجزء الداخلي من القمع الزجاجي باستخدام مياه DI لضمان عدم وجود جزيئات ملتصقة بالقمع.
تنبيه:لتجنب تداخل الجسيمات على سطح فلتر الغشاء ، من المهم اختيار الحجم الصحيح للمياه التي يتم تمريرها من خلال الفلتر بعناية. BFBs إطلاق عدد كبير من الجسيمات، بحيث هناك حاجة إلى مرشحات غشاء 3-5 لتصفية حجم كامل من عينة المياه.
- بعد التصفية، اغسل الجزء الداخلي من القمع الزجاجي باستخدام مياه DI لضمان عدم وجود جزيئات ملتصقة بالقمع.
- قطع مضخة فراغ وتفكيك مرشح الزجاج. ثم أخرج مرشح الغشاء بعناية باستخدام ملاقط الفولاذ المقاوم للصدأ ونقله إلى زجاج غطاء نظيف. إصلاح مرشح الغشاء على الزجاج الغطاء باستخدام قطعة صغيرة من الشريط ورقة. قم بتخزين العينة على الفور في طبق بيتري زجاجي نظيف.
4. إعداد عينة لتوصيف تضاريس AFM
- إعداد رقاقة السيليكون نظيفة. إسقاط عينة مياه 50 ميكرولتر (من القسم 2.3) على سطح رقاقة السيليكون وتجفيفها في فرن عند درجة حرارة حوالي 103 درجة مئوية. كرر هذه العملية إذا كان مستوى MP في عينة الماء منخفضا.
- بعد ساعة واحدة من التجفيف، حرك الرقاقة إلى طبق بيتري زجاجي نظيف واتركها تبرد في مجفف.
- بعد تبريد الرقاقة، قم بتخزين العينة في طبق بتري زجاجي جاف ونظيف.
5. تحديد النائب وتحديد كمي باستخدام التحليل الطيفي رامان
- معايرة نظام رامان باستخدام تصحيح من أجل الصفر ورقائق السيليكون. تأكد من أن موقع الذروة من رقاقة السيليكون هو في 520.7 سم-1 وأن كثافة الذروة أعلى من 6000 وحدة عندما كثافة الليزر هو في 100٪.
- إعداد المعلمات من نظام رامان للحصول على أطياف MP عالية إشارة إلى ضوضاء مع تجنب حرق أعضاء البرلمان. تعيين النظام على النحو التالي: 532 نانومتر ليزر الإثارة، وإزالة الأشعة الكونية، وكثافة الليزر من 10٪ (قوة الليزر من 0.18 كيلوواط)، والقرار الطيفي من 1.5 سم-1،وقت التعرض من 10-20 ثانية، وتراكمات من 10-40 مرة والنطاق الطيفي من 200-3200 سم-1. وأظهر الشكل 3 أطيافا نموذجية لأعضاء البرلمان الذين تتراوح أوقات تراكمهم بين 1 و 400 ق.
تحذير: لا تختبر الجسيمات باستخدام الليزر 100٪ مباشرة لتجنب الحرق السريع (يمكن حرقها في دقيقة واحدة إذا كان الجسيم صغيرا). استخدام كثافة منخفضة (10-50٪) لإجراء الاختبار أولا. - ضع عينة عامل التصفية (من القسم 3.3) في منتصف مرحلة عينة رامان. اختيار أربعة بقع تمثيلية (2 البقع في المنطقة الوسطى في حين أن 2 البقع الأخرى هي قريبة من حافة منطقة العمل، الشكل 3C) على مرشح الغشاء لإجراء الاختبار (مجموع منطقة الاختبار حول 1.5 ملم2).
- مراقبة وتصوير الجسيمات على سطح مرشح الغشاء باستخدام المجهر البصري (100x) تليها تحديد الكيميائية باستخدام التحليل الطيفي رامان.
- قارن طيف رامان الذي تم الحصول عليه بأطياف البوليمر القياسية المرجعية (من المواد السائبة من BFB والنشر السابق22).
- تحديد الخصائص الكيميائية للجسيمات باستخدام قمم مكثفة في نطاق 2780-2980، 1400-1640 و 709-850 سم-1،المقابلة للاهتزازات تمتد من CH / CH2/ CH3 و C-C المجموعات المرتبطة بمواد البوليمر (الشكل 3).
- تحليل حجم وكمية أعضاء البرلمان الذين تم التعرف عليهم باستخدام ImageJ.
- الحصول على تركيز أعضاء البرلمان في عينة المياه على أساس المنطقة التي تم اختبارها، إجمالي مساحة العمل (227 مم2)وحجم العينة المصفاة المعروفة.
- تصنيف أعضاء البرلمان المؤكدة إلى 5 مجموعات من حيث الحجم: 0.8-5 ميكرومتر، 5-20 ميكرومتر، 20-50 ميكرومتر، 50-100 ميكرومتر > 100 ميكرومتر.
- وأخيرا، تحديد كمية أعضاء البرلمان في لتر واحد من عينة المياه على أساس حجم العينة المصفاة، وعدد من أعضاء البرلمان سجلت واختبارها منطقة مرشح الغشاء.
6. MP الطبوغرافية التوصيف باستخدام AFM
- تجهيز نظام AFM (NT-MDT) مع التنصت على وضع التحقيق. معايرة النظام باستخدام مقياس ارتفاع الخطوة (SHS). إعداد النظام ضمن ظروف العمل المثلى: معدل المسح الضوئي هو 1 هرتز، وحجم المسح الضوئي هو 10-50 ميكرومتر، وتردد الضبط حوالي 160 كيلوهرتز، وخط المسح الضوئي هو 512 بكسل.
- إصلاح رقاقة السيليكون (من القسم 4.3) على مرحلة عينة AFM. مراقبة وتصوير الجسيمات المستهدفة على سطح رقاقة السيليكون، تليها تحديد الكيميائية باستخدام الأسلوب في القسم 5.
- قم بتبديل النظام إلى وضع AFM (يتم تجميع التحليل الطيفي لرامان وAFM في نظام واحد) واختبار تضاريس أعضاء البرلمان المحددين.
- تحليل البيانات ثلاثية الأبعاد باستخدام برنامج Gwydion 2.54. استخدم خيار التشكيل الجانبي للحصول على أبعاد الجسيمات ومتوسط الارتفاعات بينما العرض ثلاثي الأبعاد للحصول على بنية ثلاثية الأبعاد.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
للتحقق من صحة هذا البروتوكول، تم إعداد عينة المياه عن طريق إضافة كرات البلاستيك الدقيق البوليسترين القياسية (قطرها 2.0 ± 0.1 ميكرومتر) إلى مياه DI. كمية MP المضافة تتوافق مع 4,500,000 جسيم/لتر، وهو ما يشبه مستوى إطلاق MP من BFBs. وبعد الأقسام البروتوكول 2-3، تم جمع أعضاء البرلمان بنجاح(الشكل 4A)وكان معدل الاسترداد 92.4-101.2٪. معدل الاسترداد هذا مماثل لدراسة سابقة على أعضاء البرلمان23. باستخدام ImageJ، كان القطر المكتشف لأعضاء البرلمان القياسيين 2.04±0.08 ميكرومتر (حيث يمثل ± خطأ قياسيا في متوسط القيمة)، وهو حوالي 102.2٪ من الحجم المصمم (2.0 ± 0.1 ميكرومتر). وفي الوقت نفسه، تم أيضا اختبار التداخل المحتمل من أنواع أخرى من أعضاء البرلمان، مثل PP و PE، ولكن لم يتم العثور على أي منها في عينات المياه القياسية PS هذه. وبالتالي ، فإن البروتوكول المطور يتجنب التلوث وهو اختبار موثوق به لإطلاق MP من BFBs.
تم استخدام هذا البروتوكول لاختبار إصدار MP من ثمانية منتجات BFB شائعة. أظهر الشكل 4B أعضاء البرلمان النموذجيين الذين تم جمعهم على سطح فلتر الغشاء. خلال تحديد الكيميائية باستخدام التحليل الطيفي رامان (الشكل 3)، قمم في نطاق 2830-2970 سم-1 أصبحت أكثر وأكثر أهمية مع زيادة وقت التراكم. وتعكس هذه القمم الاهتزازات الممتدة لمجموعات CH/CH2/CH3، والتي يمكن استخدامها لتحديد أعضاء البرلمان. وأفرج عن عدد كبير من أعضاء البرلمان أثناء استخدام المركبات ثنائية الفينيل متعددة البروم. وتراوحت مستويات أعضاء البرلمان بين 1.31 مليون و16.20 مليون جسيم للتر الواحد(الشكل 5). هذه النتيجة هي 3-5 أوامر من حجم أعلى من المستويات المبلغ عنها سابقا من أعضاء البرلمان في مياه الشرب24. ومن الواضح أن الأطفال يعانون على الأرجح من مستويات عالية من تعرض أعضاء البرلمان.
ويبين الشكل 6 الخرائط الطوبوغرافية النموذجية لأعضاء البرلمان المسجلة باستخدام أقسام البروتوكول 1 و2 و4 و6. بالنسبة للنواب الكبار الذين يبلغ حجمهم الجانبي حوالي 8 ميكرومتر (P1 في الشكل 6)،يبلغ متوسط سمكه 0.82 ميكرومتر. بالنسبة للنواب الأصغر حجما حوالي 3 ميكرومتر في الحجم الجانبي (P2 في الشكل 6)،فإن السماكة قريبة من 0.25 ميكرومتر. بشكل عام ، سمك أعضاء البرلمان الصادرة من BFB حوالي عشر الحجم الجانبي. ومن الملاحظ أيضا أن نسيج سطح أعضاء البرلمان غني بالمطبات والوديان بحجم النانو ، والتي يمكن أن تزيد بشكل كبير من قدرتها على الاستيعاب. وجدت الدراسات السابقة أن أعضاء البرلمان هم حاملون فعالون للملوثات، مثل المبيداتالحشرية 25و26. ومن المرجح أن تكون التضاريس الملاحظة للنواب الموجودة هنا مساهما هاما في القدرة العالية على حمل أعضاء البرلمان.
الشكل 1:الرسم البياني لإعداد العينة والاختبار. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: تجميع فلتر الزجاج ومضخة. عينة مياه تبريد 1 في BFB؛ 2-تجميعها مرشح الزجاج; 3-زجاج نقل ماصة; مضخة 4 فراغ؛ 5- شاكر متبادل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3:أطياف رامان النموذجية لتحديد أعضاء البرلمان. (أ) أطياف رامان لقطعة السائبة من BFB، مرشح الغشاء والنواب على مرشح الغشاء، على التوالي. (ب) أطياف رامان من النائب المحتمل واحد مع وقت اقتناء مختلفة (1 ق، 10 ق، 100 ق، 400 ق). (ج) المواقع التمثيلية التي تم اختبارها. قطر غشاء التصفية الإجمالي هو 25 ملم في القطر مع 17 ملم قطرها منطقة عمل حقيقية. تشير المربعات البيضاء الأربعة إلى بقع تمثيلية كاملة لاختبار رامان. 2 البقع في المنطقة الوسطى في حين أن البقع الأخرى 2 قريبة من حافة منطقة العمل. في المجموع، والمنطقة التي تم اختبارها من البقع الأربعة هو 1.5 ملم2. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: صورة بصرية نموذجية من PS النواب والنواب القياسية الافراج عن BFB ، على التوالي. (أ) الصورة البصرية لأعضاء البرلمان PS القياسية. تم تأكيد الجسيمات داخل الصندوق الأحمر كعضو MP PS نموذجي. (ب) الصورة البصرية للافراج عن النائب من BFBs. تم تأكيد الجسيمات داخل الصندوق الأحمر كعضو في البرلمان نموذجي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: تم اختياركمية أعضاء البرلمان الصادرة من منتجات BFB البلاستيكية. يشير شريط الخطأ إلى الخطأ القياسي للقيمة المتوسطة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: صورة نموذجية 3D من أعضاء البرلمان الافراج عن BFB. (أ) صورة AFM من النواب نموذجي الافراج عن BFB. (ب) مقتطفات من ملفات تعريف المقطع العرضي للنواب. (C) الصورة الطبوغرافية ثلاثية الأبعاد للنواب الذين تم إصدارهم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
على الرغم من أن دراسة أعضاء البرلمان في المياه البحرية والمياه العذبة قد تم الإبلاغ عنها على نطاق واسع وتم تطوير البروتوكول القياسي ذي الصلة17، فإن دراسة المنتجات البلاستيكية ذات الاستخدام اليومي هي مجال بحثي ناشئ مهم. الظروف البيئية المختلفة التي تعاني منها المنتجات البلاستيكية المنزلية يعني أن هناك حاجة إلى مزيد من الرعاية والجهود للحصول على نتائج موثوقة. يجب أن يكون بروتوكول الدراسة متسقا مع سيناريوهات الاستخدام اليومي الحقيقي. على سبيل المثال، يتم استخدام سونيكيشن على نطاق واسع في الاختبارات المعملية لتنظيف العينات. ومع ذلك ، وجد أن سونيكيشن دقيقة واحدة يمكن أن تلحق ضررا بالغا بسطح BFB ، مما يؤدي إلى مستويات من إصدار MP ترتيب أعلى من الحجم. كما تم الإبلاغ عن كسر البوليمر مماثلة بسبب سونيكيشن سابقا27، مما يدل على أن sonication ليست طريقة تنظيف مناسبة لإعداد عينة من البلاستيك في الدراسات MP.
وبالإضافة إلى ذلك، يجب تحديد مصادر التلوث المحتملة والقضاء عليها. تستخدم الغلايات على نطاق واسع لإعداد الماء الساخن ، وهو أمر ضروري لاختبار BFB. ومع ذلك، يمكن أن يولد يغلي واحد ما يصل إلى 30 مليون جسيم لكل لتر في غلاية بلاستيكية13. أفران الميكروويف هي طريقة عدم الاتصال لإعداد الماء الساخن بمجرد اتخاذ الحذر للقضاء على التدفئة المحلية. للترشيح، ينصح ماصة نقل الزجاج بدلا من واحد من البلاستيك (عادة ما تكون مصنوعة من PP). بالنسبة لمنتجات PP الجديدة تماما ، فقد تم الإبلاغ عن أن كمية عالية من أعضاء البرلمان متصلة بالسطح بسبب عملية التصنيع 15 لذلك يجب توخي الحذر لتنظيف جميع المنتجات بشكل صحيح قبل بدء الاختبار. باختصار ، يجب على الباحث أن يكون يقظا لتجنب أي إجراء يمكن أن يؤثر سلبا على المستويات المقاسة لإطلاق سراح النائب من BFBs.
وتجدر الإشارة إلى أن البروتوكول لا يمكن أن يفسر جميع أنواع إصدار MP. بسبب استخدام مرشح بحجم مسام 0.8 ميكرومتر، فإن الجسيمات النانوية الأصغر من 0.8 ميكرومتر تتجاوز نطاق هذه الطريقة. وبالإضافة إلى ذلك، قد لا يتبع فرادى الآباء المبادئ التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية التي يستند إليها البروتوكول بحيث يمكن أن يكون مستوى أعضاء البرلمان في الصيغة المعدة في الحياة الحقيقية مختلفا اختلافا كبيرا عن المستوى المبلغ عنه هنا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه. لا يعني عرض المواد في هذا المنشور التعبير عن أي رأي على الإطلاق من جانب كلية ترينيتي في دبلن حول شركات محددة أو منتجات بعض المصنعين ولا يعني أنها معتمدة أو موصى بها أو منتقدة أو غير ذلك من قبل كلية ترينيتي دبلن في تفضيلها على الآخرين من نفس الطبيعة. الأخطاء والإغفالات باستثناء. وقد اتخذت جميع الاحتياطات المعقولة للتحقق من المعلومات الواردة في هذا المنشور. ومع ذلك، يتم توزيع المواد المنشورة دون ضمان من أي نوع، سواء كان صريحا أو ضمنيا. وتقع مسؤولية تفسير المواد واستخدامها على عاتق القارئ. لا تتحمل كلية ترينيتي دبلن بأي حال من الأحوال مسؤولية الأضرار الناجمة عن استخدامها.
Acknowledgments
يقدر المؤلفون مشروع أيرلندا (رقم المنحة CF20180870) ومؤسسة العلوم أيرلندا (أرقام المنح: 20/FIP/PL/8733 و 12/RC/2278_P2 و 16/IA/4462) للحصول على الدعم المالي. كما نعترف بالدعم المالي من منحة كلية الهندسة في كلية ترينيتي في دبلن ومجلس المنح الدراسية الصينية (201506210089 201608300005). بالإضافة إلى ذلك، نحن نقدر المساعدة المهنية من البروفيسور سارة ماكورماك وفرق الفنيين (ديفيد أ. ماكولاي، ماري أوشي، باتريك ل. ك. فيل، روبرت فيتزباتريك ومارك جيليجان وما إلى ذلك) من قسم ترينيتي المدني والهيكلي والبيئي ومركز أبحاث AMBER.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AFM cantilever | NANOSENSORS | PPP-NCSTAuD-10 | To obtain three-dimensional topography of PP MPs |
| Atomic force microscope | Nova | NT-MDT | To obtain three-dimensional topography of PP MPs |
| Detergent | Fairy Original | 1015054 | To clean the brand-new product |
| Gold-coated polycarbonate-PC membrane filter-0.8 um | APC, Germany | 0.8um25mmGold | To collect microplastics in water and benefit for Raman test |
| Gwyddion software | Gwyddion | Gwyddion2.54 | To determine MPs topography |
| ImageJ software | US National Institutes of Health | No, free for use | To determine MPs size |
| Microwave oven | De'longhi, Italy | 815/1195 | Hot water preparation |
| Optical microscope, x100 | Mitutoyo, Japan | 46-147 | To find and observe the small MPs |
| Raman spectroscopy | Renishaw | InVia confocal Raman system | To checmically determine the PP-MPs |
| Shaking bed-SSL2 | Stuart, UK | 51900-64 | To mimic the mixing process during sample preparaton |
| Standard polystyrene microplastic spheres | Polysciences, Europe | 64050-15 | To validate the robusty of current protocol |
| Tansfer pipette with glass tip | Macro, Brand | 26200 | To transfer water sample to glass filter |
| Ultrasonic cleaner | Witeg, Germany | DH.WUC.D06H | To clean the glassware |
| Vacuum pump | ILMVAC GmbH | 105697 | To filter the water sample |
References
- Law, K. L., Thompson, R. C.
- Thompson, R. C., et al. Lost at sea: where is all the plastic. Science. 304 (5672), 838 (2004).
- Coburn, C. Microplastics and gastrointestinal health: how big is the problem. The Lancet Gastroenterology & Hepatology. 4 (12), 907 (2019).
- The Lancet Planetary Health. Microplastics and human health-an urgent problem. The Lancet Planetary Health. 1 (7), 254 (2017).
- Foley, C. J., Feiner, Z. S., Malinich, T. D., Höök, T. O. A meta-analysis of the effects of exposure to microplastics on fish and aquatic invertebrates. Science of the Total Environment. 631, 550-559 (2018).
- Chae, Y., An, Y. -J. Effects of micro-and nanoplastics on aquatic ecosystems: Current research trends and perspectives. Marine Pollution Bulletin. 124 (2), 624-632 (2017).
- Lu, L., Wan, Z., Luo, T., Fu, Z., Jin, Y. Polystyrene microplastics induce gut microbiota dysbiosis and hepatic lipid metabolism disorder in mice. Science of the total environment. 631, 449-458 (2018).
- Yang, Y. -F., Chen, C. -Y., Lu, T. -H., Liao, C. -M. Toxicity-based toxicokinetic/toxicodynamic assessment for bioaccumulation of polystyrene microplastics in mice. Journal of Hazardous Materials. 366, 703-713 (2019).
- Mattsson, K., et al. Brain damage and behavioural disorders in fish induced by plastic nanoparticles delivered through the food chain. Scientific Reports. 7 (1), 11452 (2017).
- Ibrahim, Y. S., et al. Detection of microplastics in human colectomy specimens. JGH Open. , (2021).
- Ragusa, A., et al. Plasticenta: First evidence of microplastics in human placenta. Environment International. 146, 106274 (2021).
- Schwabl, P., et al. Detection of various microplastics in human stool: a prospective case Series. Annals of Internal Medicine. 171 (7), 453-457 (2019).
- Sturm, M. T., Kluczka, S., Wilde, A., Schuhen, K. Determination of particles produced during boiling in differenz plastic and glass kettles via comparative dynamic image analysis using FlowCam. Analytik News. , (2019).
- Ranjan, V. P., Joseph, A., Goel, S. Microplastics and other harmful substances released from disposable paper cups into hot water. Journal of Hazardous Materials. 404, 124118 (2020).
- Fadare, O. O., Wan, B., Guo, L. -H., Zhao, L. Microplastics from consumer plastic food containers: Are we consuming it. Chemosphere. 253, 126787 (2020).
- Hernandez, L. M., et al. Plastic teabags release billions of microparticles and nanoparticles into tea. Environmental Science & Technology. 53 (21), 12300-12310 (2019).
- Frias, J., et al. Standardised protocol for monitoring microplastics in sediments. Deliverable 4.2. , (2018).
- Li, D., et al. Microplastic release from the degradation of polypropylene feeding bottles during infant formula preparation. Nature Food. , (2020).
- Imhof, H. K., et al. Pigments and plastic in limnetic ecosystems: A qualitative and quantitative study on microparticles of different size classes. Water Research. 98, 64-74 (2016).
- Oßmann, B. E., et al. Small-sized microplastics and pigmented particles in bottled mineral water. Water Research. 141, 307-316 (2018).
- World Health Organization. How to prepare formula for bottle-feeding at home. World Health Organization. , (2007).
- Käppler, A., et al. Analysis of environmental microplastics by vibrational microspectroscopy: FTIR, Raman or both. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 408 (29), 8377-8391 (2016).
- Zhao, S., Danley, M., Ward, J. E., Li, D., Mincer, T. J. An approach for extraction, characterization and quantitation of microplastic in natural marine snow using Raman microscopy. Analytical Methods. 9 (9), 1470-1478 (2017).
- World Health Organization.
- Sunta, U., Prosenc, F., Trebše, P., Bulc, T. G., Kralj, M. B. Adsorption of acetamiprid, chlorantraniliprole and flubendiamide on different type of microplastics present in alluvial soil. Chemosphere. 261, 127762 (2020).
- Gong, W., et al. Comparative analysis on the sorption kinetics and isotherms of fipronil on nondegradable and biodegradable microplastics. Environmental Pollution. 254, 112927 (2019).
- Wong, M., Moyse, A., Lee, F., Sue, H. -J. Study of surface damage of polypropylene under progressive loading. Journal of Materials Science. 39 (10), 3293-3308 (2004).
