Muestreo, identificación y caracterización de la liberación de microplásticos del biberón de polipropileno durante el uso diario
Summary
Este estudio detalló un protocolo fiable y rentable para la recogida y detección de microplásticos a partir del uso diario de productos plásticos.
Abstract
Los microplásticos (MPs) se están convirtiendo en una preocupación global debido al riesgo potencial para la salud humana. Los estudios de casos de productos de plástico (es decir, vasos y hervidores de plástico de un solo uso) indican que la liberación de MP durante el uso diario puede ser extremadamente alta. Determinar con precisión el nivel de liberación de MP es un paso crucial para identificar y cuantificar la fuente de exposición y evaluar/controlar los riesgos correspondientes derivados de esta exposición. Aunque los protocolos para medir los niveles de MP en el mar o el agua dulce han sido bien desarrollados, las condiciones experimentadas por los productos de plástico domésticos pueden variar ampliamente. Muchos productos de plástico están expuestos a altas temperaturas frecuentes (hasta 100 °C) y se enfrían de nuevo a temperatura ambiente durante el uso diario. Por lo tanto, es crucial desarrollar un protocolo de muestreo que imite el escenario real de uso diario para cada producto en particular. Este estudio se centró en biberones de alimentación para bebés a base de polipropileno ampliamente utilizados para desarrollar un protocolo rentable para los estudios de liberación de MP de muchos productos de plástico. El protocolo desarrollado aquí permite: 1) prevención de la contaminación potencial durante el muestreo y la detección; 2) aplicación realista de escenarios de uso diario y recogida precisa de los diputados liberados de los biberones de alimentación de bebés sobre la base de las directrices de la OMS; y 3) determinación química rentable y mapeo topográfico físico de los diputados liberados por los biberones de alimentación de bebés. Sobre la base de este protocolo, el porcentaje de recuperación utilizando poliestireno MP estándar (diámetro de 2 μm) fue de 92,4-101,2%, mientras que el tamaño detectado fue de alrededor del 102,2% del tamaño diseñado. El protocolo que se detalla aquí proporciona un método confiable y rentable para la preparación y detección de muestras de MP, que puede beneficiar sustancialmente los estudios futuros de la liberación de MP de productos de plástico.
Introduction
La mayoría de los tipos de plásticos no son biodegradables, pero pueden descomponerse en pequeños trozos debido a procesos químicos y físicos como la oxidación y la fricción mecánica1,2. Las piezas de plástico menores de 5 mm se clasifican como microplásticos (MPs). Los diputados son omnipresentes y se encuentran en casi todos los rincones del mundo. Se han convertido en una preocupación mundial debido al riesgo potencial para los seres humanos y la vida silvestre3,4. Hasta la fecha, se han encontrado acumulaciones significativas de MPs en peces, aves, insectos5,6, así como mamíferos (ratón, en el intestino, riñón e hígado7,8). Los estudios encontraron que la exposición y acumulación de MPs puede dañar el metabolismo lipídico de los ratones7,8. Una evaluación del riesgo centrada en los peces encontró que los diputados sub-micrón pueden penetrar la barrera sangre-cerebro y causar daño cerebral9. Cabe señalar que hasta la fecha todos los resultados del riesgo de MP se han obtenido de estudios con animales, mientras que el riesgo específico para la salud humana aún se desconoce.
En los últimos 2 años, las preocupaciones sobre la amenaza de mp a la salud humana aumentaron sustancialmente con la confirmación de los niveles de exposición humana a los diputados. La acumulación de MPs se ha encontrado en el colon humano10,la placenta de las mujeres embarazadas11 y las heces adultas12. Una determinación precisa de los niveles de liberación de MP es crucial para identificar las fuentes de exposición, evaluar el riesgo para la salud y evaluar la eficiencia de cualquier medida de control potencial. En los últimos años, algunos estudios de caso informaron que los plásticos de uso diario (es decir, el hervidor de plástico13 y los vasos de un solo uso14)pueden liberar cantidades extremadamente altas de diputados. Por ejemplo, los vasos de papel desechables (con interiores laminados con películas de polietileno-PE o copolímero), liberaron aproximadamente 250 MPs de tamaño micronómico y 102 millones de partículas del tamaño de sub-micras en cada mililitro de líquido después de la exposición a agua caliente de 85-90 °C14. Un estudio de envases de alimentos de polipropileno (PP) informó que hasta 7,6 mg de partículas de plástico se liberan del contenedor durante un solo uso15. Se registraron niveles aún más altos a partir de bolsitas de té hechas de tereftalato de polietileno (PET) y nylon, que liberaron aproximadamente 11.6 mil millones de diputados y 3.1 mil millones de diputados de tamaño nanodimensional en una sola taza (10 mL) de la bebida16. Dado que estos productos de plástico de uso diario están diseñados para la preparación de alimentos y bebidas, la liberación de grandes cantidades de diputados es probable y su consumo es una amenaza potencial para la salud humana.
Los estudios sobre la liberación de MP de productos de plástico para el hogar (es decir, el hervidor de plástico13 y los vasos de un solo uso14)se encuentran en una etapa temprana, pero se espera que este tema reciba una atención cada vez mayor de los investigadores y el público en general. Los métodos requeridos en estos estudios son significativamente diferentes de los utilizados en estudios marinos o de agua dulce a temperatura ambiente donde ya existen protocolos bien establecidos17. Por el contrario, los estudios que implican el uso diario de productos de plástico domésticos implican una temperatura mucho más alta (hasta 100 °C), con en muchos casos repetidos de vuelta a la temperatura ambiente. Estudios previos señalaron que los plásticos en contacto con el agua caliente pueden liberar a millones de diputados16,18. Además, el uso diario de productos de plástico puede cambiar con el tiempo las propiedades del propio plástico. Por lo tanto, es crucial desarrollar un protocolo de muestreo que imite con precisión los escenarios de uso diario más comunes. La detección de partículas de tamaño microdimensionado es otro desafío importante. Estudios anteriores señalaron que los MPs liberan de productos plásticos son menores de 20 μm16,19,20. La detección de este tipo de MPs requiere el uso de filtros de membrana lisa con tamaño de poro pequeño. Además, es necesario distinguir los MPs de los posibles contaminantes capturados por el filtro. La espectroscopia Raman de alta sensibilidad se utiliza para el análisis de composición química, lo que tiene la ventaja de evitar la necesidad de una alta potencia láser que se sabe que destruye fácilmente pequeñas partículas20. Por lo tanto, el protocolo debe combinar procedimientos de manejo sin contaminación con el uso de filtros de membrana óptimos y para un método de caracterización que permita una identificación de MP rápida y precisa.
El estudio reportado aquí se centró en el biberón de alimentación para bebés (BFB) a base de PP, uno de los productos de plástico más utilizados en la vida diaria. Se encontró que un alto número de diputados son liberados de plástico BFB durante la preparación de la fórmula18. Para un estudio adicional de la liberación de MP de plásticos diarios, el método de preparación y detección de muestras para BFB se detalla aquí. Durante la preparación de la muestra, se siguió cuidadosamente el proceso estándar de preparación de la fórmula (limpieza, esterilización y mezcla) recomendado por la OMS21. Al diseñar los protocolos en torno a las directrices de la OMS, nos aseguramos de que la liberación de MP de los BBF imitara el proceso de preparación de la fórmula para bebés utilizado por los padres. El proceso de filtro fue diseñado para recoger con precisión los MPs liberados de BFBs. Para la identificación química de los MPs, las condiciones de trabajo para la espectroscopia Raman se optimizaron para obtener espectros limpios y fácilmente identificables de los MPs, evitando al mismo tiempo la posibilidad de quemar las partículas objetivo. Finalmente, se desarrolló el procedimiento de prueba óptimo y la fuerza aplicada para permitir un mapeo topográfico preciso en 3 dimensiones de los MPs utilizando microscopía de fuerza atómica (AFM). El protocolo(Figura 1)que se detalla aquí proporciona un método fiable y rentable para la preparación y detección de muestras mp, que puede beneficiar sustancialmente a futuros estudios de productos plásticos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aunque el estudio de los parlamentarios en el medio marino y de agua dulce ha sido ampliamente reportado y se ha desarrollado el protocolo estándar pertinente17,el estudio de los productos de plástico de uso diario es un área de investigación emergente importante. Las diferentes condiciones ambientales experimentadas por los productos de plástico para el hogar significan que se necesitan cuidados y esfuerzos adicionales para obtener resultados confiables. El protocolo de estudio debe ser cons…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen el apoyo financiero a Enterprise Ireland (número de subvención CF20180870) y Science Foundation Ireland (números de subvención: 20/FIP/PL/8733, 12/RC/2278_P2 y 16/IA/4462). También reconocemos el apoyo financiero de la Beca de la Escuela de Ingeniería del Trinity College de Dublín y el Consejo de Becas de China (201506210089 y 201608300005). Además, agradecemos la ayuda profesional de la Prof. Sarah Mc Cormack y los equipos técnicos (David A. McAulay, Mary O’Shea, Patrick L.K. Veale, Robert Fitzpatrick y Mark Gilligan, etc.) del Trinity Civil, Structural and Environmental Department y amber Research Centre.
Materials
| 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 |
Riferimenti
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