Denna studie detaljerade ett tillförlitligt och kostnadseffektivt protokoll för mikroplast insamling och detektion från daglig användning av plastprodukter.
Mikroplaster håller på att bli ett globalt problem på grund av den potentiella risken för människors hälsa. Fallstudier av plastprodukter (dvs. engångsmuggar och vattenkokare av plast) visar att MP-frisättningen vid daglig användning kan vara extremt hög. Att exakt fastställa mp-utsläppsnivån är ett avgörande steg för att identifiera och kvantifiera exponeringskällan och bedöma/kontrollera motsvarande risker som härrör från denna exponering. Även om protokollen för att mäta MP-nivåer i marint eller sötvatten har utvecklats väl, kan de förhållanden som upplevs av hushållsplastprodukter variera kraftigt. Många plastprodukter utsätts för frekventa höga temperaturer (upp till 100 °C) och kyls tillbaka till rumstemperatur under daglig användning. Det är därför mycket viktigt att utveckla ett provtagningsprotokoll som efterliknar det faktiska scenariot för daglig användning för varje enskild produkt. Denna studie fokuserade på allmänt använda polypropylenbaserade nappmatningsflaskor för att utveckla ett kostnadseffektivt protokoll för MP-frisättningsstudier av många plastprodukter. Det protokoll som utvecklats här möjliggör: 1) förebyggande av potentiell kontaminering under provtagning och detektion; 2) Realistiskt genomförande av scenarier för daglig användning och korrekt insamling av parlamentsledamöter som frigörs från nappmatningsflaskor på grundval av WHO:s riktlinjer. och 3) kostnadseffektiv kemisk bestämning och fysisk topografikartläggning av parlamentsledamöter som frigörs från nappmatningsflaskor. Baserat på detta protokoll var återvinningsprocenten med standard polystyren MP (diametern 2 μm) 92,4-101,2% medan den upptäckta storleken var cirka 102,2% av den avsedda storleken. Protokollet som beskrivs här ger en tillförlitlig och kostnadseffektiv metod för MP-provberedning och detektion, vilket avsevärt kan gynna framtida studier av MP-utsläpp från plastprodukter.
De flesta typer av plast är icke-biologiskt nedbrytbara men kan brytas ner i små bitar på grund av kemiska och fysiska processer som oxidation och mekanisk friktion1,2. Plastbitar som är mindre än 5 mm klassificeras som mikroplaster (MPs). Parlamentsledamöter är allestädes närvarande och finns i nästan alla hörn i världen. De har blivit ett globalt problem på grund av den potentiella risken för människor och vilda djur3,4. Hittills har betydande ansamlingar av parlamentsledamöter hittats i fisk, fåglar, insekter5,6 samt däggdjur (mus, i tarmen, njure och lever7,8). Studier fann att exponering och ackumulering av parlamentsledamöter kan skada lipidmetabolismen hos möss7,8. En riskbedömning med fokus på fisk fann att sub-mikron MPs kan tränga in i blod-till-hjärnbarriären och orsaka hjärnskador9. Det bör noteras att hittills har alla mp-riskresultat erhållits från djurstudier medan den specifika risken för människors hälsa fortfarande är okänd.
Under de senaste två åren har oron för MP:s hot mot människors hälsa ökat avsevärt i och med bekräftelsen av nivåerna av människors exponering för parlamentsledamöter. Ackumuleringen av parlamentsledamöter har hittats i den mänskligatjocktarmen 10, placentan avgravida kvinnor 11 och vuxen avföring12. En exakt bestämning av MP-utsläppsnivåer är avgörande för att identifiera exponeringskällor, bedöma hälsorisken och utvärdera effektiviteten hos eventuella kontrollåtgärder. Under de senaste åren har vissa fallstudier visat att plast för daglig användning (dvs.plastkannan 13 och engångsmuggarna14) kan frigöra extremt stora mängder parlamentsledamöter. Till exempel engångspapperskoppar (med interiörer laminerade med polyeten-PE- eller copolymerfilmer), släppta cirka 250 mikronstora parlamentsledamöter och 102 miljoner submikronstora partiklar i varje milliliter vätska efter exponering för 85-90 °C varmt vatten14. En studie av polypropylen (PP) livsmedelsbehållare rapporterade att upp till 7,6 mg plastpartiklar frigörs från behållaren under en enda användning15. Ännu högre nivåer registrerades från tepåsar gjorda av polyetentereftalat (PET) och nylon, som släppte ut cirka 11,6 miljarder parlamentsledamöter och 3,1 miljarder parlamentsledamöter i nanostorlek i en enda kopp (10 ml) avdrycken 16. Med tanke på att dessa plastprodukter för daglig användning är utformade för beredning av livsmedel och drycker är det troligt att stora mängder parlamentsledamöter frigörs och att deras konsumtion utgör ett potentiellt hot mot människors hälsa.
Studier om MP-utsläpp från hushållsplastprodukter (dvs. plastkannan13 och engångsmuggar14) är i ett tidigt skede, men det förväntas att detta ämne kommer att få ökad uppmärksamhet från forskare och allmänheten. De metoder som krävs i dessa studier skiljer sig avsevärt från dem som används i havs- eller sötvattenstudier i rumstemperatur där väletablerade protokoll redan finns17. Däremot innebär studier som inbegriper daglig användning av hushållsplastprodukter mycket högre temperatur (upp till 100 °C), med i många fall upprepad cykling tillbaka till rumstemperatur. Tidigare studier påpekade att plast i kontakt med varmt vatten kan frigöra miljontals parlamentsledamöter16,18. Dessutom kan den dagliga användningen av plastprodukter med tiden ändra egenskaperna hos själva plasten. Det är därför viktigt att utveckla ett provtagningsprotokoll som korrekt efterliknar de vanligaste scenarierna för daglig användning. Detektion av mikrostora partiklar är en annan stor utmaning. Tidigare studier påpekade att parlamentsledamöter utsläpp från plastprodukter är mindre än 20 μm16,19,20. Detektion av dessa typer av parlamentsledamöter kräver användning av släta membranfilter med liten porstorlek. Dessutom är det nödvändigt att skilja parlamentsledamöter från eventuella föroreningar som fångas upp av filtret. Hög känslighet Raman spektroskopi används för kemisk sammansättning analys, vilket har fördelen att undvika behovet av hög laserkraft som är känd för att enkelt förstöra små partiklar20. Därför måste protokollet kombinera kontamineringsfria hanteringsförfaranden med användning av optimala membranfilter och för en karakteriseringsmetod som möjliggör snabb och exakt MP-identifiering.
Studien som rapporterades här fokuserade på den PP-baserade babymatningsflaskan (BFB), en av de vanligaste plastprodukterna i det dagliga livet. Det konstaterades att ett stort antal parlamentsledamöter släpps ut från plast BFB under formelberedning18. För vidare studier av MP-utsläpp från daglig plast beskrivs provberednings- och detektionsmetoden för BFB här. Under provberedningen följdes den standardformelberedningsprocess (rengöring, sterilisering och blandning) som rekommenderas av WHO21 noggrant. Genom att utforma protokollen kring WHO:s riktlinjer såg vi till att MP-utgåvan från BFBs efterliknade den förberedelseprocess för modersmjölksersättning som används av föräldrar. Filterprocessen utformades för att noggrant samla in de parlamentsledamöter som släpptes från BFBs. För kemisk identifiering av parlamentsledamöter optimerades arbetsförhållandena för Ramans spektroskopi för att erhålla rena och lättidentifierade spektra av parlamentsledamöter, samtidigt som man undvek möjligheten att bränna målpartiklarna. Slutligen utvecklades det optimala testförfarandet och den applicerade kraften för att möjliggöra noggrann 3-dimensionell topografikartläggning av parlamentsledamöter med hjälp av atomkraftmikroskopi (AFM). Protokollet (figur 1) som beskrivs här ger en tillförlitlig och kostnadseffektiv metod för beredning och detektion av MP-prover, vilket avsevärt kan gynna framtida studier av plastprodukter.
Även om studien av parlamentsledamöter i havs- och sötvatten har rapporterats allmänt och det relevanta standardprotokollet har utvecklats17,är studien av plastprodukter för daglig användning ett viktigt framväxande forskningsområde. De olika miljöförhållanden som hushållens plastprodukter upplevs innebär att det behövs extra omsorg och insatser för att uppnå tillförlitliga resultat. Studieprotokollet måste överensstämma med de verkliga scenarierna för daglig användning. Til…
The authors have nothing to disclose.
Författarna uppskattar Enterprise Ireland (bidragsnummer CF20180870) och Science Foundation Ireland (bidragsnummer: 20/FIP/PL/8733, 12/RC/2278_P2 och 16/IA/4462) för ekonomiskt stöd. Vi erkänner också ekonomiskt stöd från School of Engineering Scholarship vid Trinity College Dublin och China Scholarship Council (201506210089 and 201608300005). Dessutom uppskattar vi den professionella hjälpen från prof. Sarah Mc Cormack och teknikerteam (David A. McAulay, Mary O’Shea, Patrick L.K. Veale, Robert Fitzpatrick och Mark Gilligan etc.) från Trinity Civil, Structural and Environmental Department och 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 |