Denne studien detaljerte en pålitelig og kostnadseffektiv protokoll for mikroplastoppsamling og deteksjon fra daglig bruk av plastprodukter.
Mikroplast (MPs) blir en global bekymring på grunn av den potensielle risikoen for menneskers helse. Casestudier av plastprodukter (dvs. engangskopper og vannkoker i plast) indikerer at MP-frigjøring under daglig bruk kan være ekstremt høy. Nøyaktig bestemmelse av MP-utløsernivået er et avgjørende skritt for å identifisere og kvantifisere eksponeringskilden og vurdere / kontrollere de tilsvarende risikoene som stammer fra denne eksponeringen. Selv om protokoller for måling av MP-nivåer i marine eller ferskvann er godt utviklet, kan forholdene som oppleves av husholdningsplastprodukter variere mye. Mange plastprodukter utsettes for hyppige høye temperaturer (opptil 100 °C) og avkjøles tilbake til romtemperatur under daglig bruk. Det er derfor avgjørende å utvikle en prøvetakingsprotokoll som etterligner det faktiske daglige bruksscenariet for hvert enkelt produkt. Denne studien fokuserte på mye brukte polypropylenbaserte babyfôringsflasker for å utvikle en kostnadseffektiv protokoll for MP-utgivelsesstudier av mange plastprodukter. Protokollen som er utviklet her muliggjør: 1) forebygging av potensiell forurensning under prøvetaking og deteksjon; 2) realistisk implementering av daglige bruk scenarier og nøyaktig innsamling av MPs utgitt fra baby fôring flasker basert på WHO retningslinjer; og 3) kostnadseffektiv kjemisk bestemmelse og fysisk topografi kartlegging av MPs frigjort fra baby fôring flasker. Basert på denne protokollen var utvinningsprosenten ved hjelp av standard polystyren MP (diameter på 2 μm) 92,4-101,2% mens den oppdagede størrelsen var rundt 102,2% av den designede størrelsen. Protokollen som er beskrevet her, gir en pålitelig og kostnadseffektiv metode for MP-prøvepreparering og -deteksjon, noe som kan dra stor nytte av fremtidige studier av MP-utslipp fra plastprodukter.
De fleste typer plast er ikke-biologisk nedbrytbare, men kan brytes ned i små biter på grunn av kjemiske og fysiske prosesser som oksidasjon og mekanisk friksjon1,2. Plastbiter mindre enn 5 mm er klassifisert som mikroplast (MPs). MPs er allestedsnærværende og finnes i nesten alle hjørner i verden. De har blitt en global bekymring på grunn av den potensielle risikoen for mennesker og dyreliv3,4. Til dags dato har betydelige akkumuleringer av MPs blitt funnet i fisk, fugler, insekter5,6 samt pattedyr (mus, i tarmen, nyre og lever7,8). Studier fant at eksponering og akkumulering av MPs kan skade lipidmetabolismen til mus7,8. En risikovurdering med fokus på fisk fant at submikron MPs kan trenge inn i blod-til-hjernebarrieren og forårsake hjerneskade9. Det skal bemerkes at hittil er alle MP-risikoresultater oppnådd fra dyrestudier, mens den spesifikke risikoen for menneskers helse fortsatt er ukjent.
I løpet av de siste 2 årene har bekymringene for MP-trusselen mot menneskers helse økt betydelig med bekreftelsen på nivåene av menneskelig eksponering for parlamentsmedlemmer. Akkumuleringen av MPs har blitt funnet i den menneskelige kolon10, morkaken til gravide kvinner11 og voksen avføring12. En presis bestemmelse av MP-utgivelsesnivåer er avgjørende for å identifisere eksponeringskilder, vurdere helserisikoen og evaluere effektiviteten av eventuelle kontrolltiltak. I løpet av de siste årene rapporterte noen casestudier at plast til daglig bruk (dvs. plastkokeren13 og engangskopper14) kan frigjøre ekstremt høye mengder MPs. For eksempel ga engangspapirkopper (med interiører laminert med polyetylen-PE eller kopolymerfilmer), utgitt ca. 250 mikron-størrelse MPs og 102 millioner partikler i undermikronstørrelse i hver milliliter væske etter eksponering for 85-90 ° C varmt vann14. En studie av polypropylen (PP) matbeholdere rapporterte at opptil 7,6 mg plastpartikler frigjøres fra beholderen under enengangsbruk 15. Enda høyere nivåer ble registrert fra teposer laget av polyetylentereftalat (PET) og nylon, som ga ut omtrent 11,6 milliarder MPs og 3,1 milliarder nano-størrelse MPs i en enkelt kopp (10 ml) av drikken16. Gitt at disse daglige plastproduktene er designet for matlaging og drikkeforberedelse, er utgivelsen av høye mengder MPs sannsynlig, og deres forbruk er en potensiell trussel mot menneskers helse.
Studier på MP-utslipp fra husholdningsplastprodukter (dvs. plastkoker13 og engangskopper14) er på et tidlig stadium, men det forventes at dette emnet vil få økende oppmerksomhet fra forskere og allmennheten. Metodene som kreves i disse studiene er vesentlig forskjellige fra de som brukes i romtemperatur marine eller ferskvannsstudier der veletablerte protokoller allerede eksisterer17. I motsetning innebærer studier som involverer daglig bruk av husholdningsplastprodukter mye høyere temperatur (opptil 100 °C), med i mange tilfeller gjentatt sykling tilbake til romtemperatur. Tidligere studier påpekte at plast i kontakt med varmt vann kan frigjøre millioner av MPs16,18. I tillegg kan daglig bruk av plastprodukter over tid endre egenskapene til selve plasten. Det er derfor avgjørende å utvikle en prøvetakingsprotokoll som nøyaktig etterligner de vanligste daglige bruksscenarioene. Påvisning av mikrostore partikler er en annen stor utfordring. Tidligere studier påpekte at MPs utslipp fra plastprodukter er mindre enn 20 μm16,19,20. Påvisning av denne typen MPs krever bruk av glatte membranfiltre med liten porestørrelse. I tillegg er det nødvendig å skille MPs fra mulige forurensninger fanget av filteret. Høysensitiv Raman spektroskopi brukes til kjemisk sammensetningsanalyse, som har fordelen av å unngå behovet for høy laserkraft som er kjent for å enkelt ødelegge små partikler20. Derfor må protokollen kombinere forurensningsfrie håndteringsprosedyrer ved bruk av optimale membranfiltre og for en karakteriseringsmetode som muliggjør rask og nøyaktig MP-identifikasjon.
Studien rapporterte her fokusert på pp-basert baby fôring flaske (BFB), en av de mest brukte plastprodukter i dagliglivet. Det ble funnet at et høyt antall MPs frigjøres fra plast BFB under formelforberedelse18. For videre studier av MP-utslipp fra daglig plast, er prøvepreparerings- og deteksjonsmetoden for BFB detaljert her. Under prøvepreparering ble standard formelforberedelsesprosess (rengjøring, sterilisering og blanding) anbefalt av WHO21 nøye fulgt. Ved å designe protokollene rundt WHO-retningslinjene, sørget vi for at MP-utgivelsen fra BFF-er etterlignet forberedelsesprosessen for babyformel som brukes av foreldre. Filterprosessen ble utformet for å samle inn MPs som er utgitt fra BMB-er, nøyaktig. For kjemisk identifisering av MPs ble arbeidsforholdene for Raman spektroskopi optimalisert for å oppnå rent og lett identifisert spektra av MPs, samtidig som de unngår muligheten for å brenne målpartiklene. Til slutt ble den optimale testprosedyren og anvendt kraft for å tillate nøyaktig 3-dimensjonal topografikartlegging av MPs ved hjelp av atomkraftmikroskopi (AFM) utviklet. Protokollen (figur 1) som er beskrevet her, gir en pålitelig og kostnadseffektiv metode for MP-prøvepreparering og -deteksjon, noe som kan være til stor nytte for fremtidige studier av plastprodukter.
Selv om studiet av parlamentsmedlemmer i marine og ferskvann har blitt mye rapportert og den relevante standardprotokollen er utviklet17, er studiet av daglig bruk av plastprodukter et viktig fremvoksende forskningsområde. De ulike miljøforholdene som husholdningsplastprodukter opplever, betyr at det er behov for ekstra forsiktighet og innsats for å oppnå pålitelige resultater. Studieprotokollen må være i samsvar med de virkelige daglige bruksscenarioene. For eksempel er sonikering mye bruk…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne setter pris på Enterprise Ireland (tilskuddsnummer CF20180870) og Science Foundation Ireland (tilskuddstall: 20/FIP/PL/8733, 12/RC/2278_P2 og 16/IA/4462) for økonomisk støtte. Vi anerkjenner også økonomisk støtte fra School of Engineering Scholarship ved Trinity College Dublin og China Scholarship Council (201506210089 og 201608300005). I tillegg setter vi pris på den profesjonelle hjelpen fra prof. Sarah Mc Cormack og teknikerteam (David A. McAulay, Mary O’Shea, Patrick L.K. Veale, Robert Fitzpatrick og Gilligan etc.) fra Trinity Civil, Structural and Environmental Department og AMBER Research Centre.
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 |