Campionamento, identificazione e caratterizzazione delle microplastiche Rilascio dalla bottiglia di alimentazione del bambino in polipropilene durante l'uso quotidiano
Summary
Questo studio ha dettagliato un protocollo affidabile ed economico per la raccolta e il rilevamento di microplastiche dall’uso quotidiano di prodotti in plastica.
Abstract
Le microplastiche (parlamentari) stanno diventando una preoccupazione globale a causa del potenziale rischio per la salute umana. Studi di casi di prodotti in plastica (ad esempio tazze e bollitori monouso in plastica) indicano che il rilascio di MP durante l’uso quotidiano può essere estremamente elevato. Determinare con precisione il livello di rilascio mp è un passaggio cruciale per identificare e quantificare la fonte di esposizione e valutare/controllare i rischi corrispondenti derivanti da tale esposizione. Sebbene i protocolli per misurare i livelli di MP in acqua dolce o marina siano stati ben sviluppati, le condizioni sperimentate dai prodotti di plastica per uso domestico possono variare ampiamente. Molti prodotti in plastica sono esposti a frequenti alte temperature (fino a 100 °C) e vengono raffreddati a temperatura ambiente durante l’uso quotidiano. È quindi fondamentale sviluppare un protocollo di campionamento che imita l’effettivo scenario di utilizzo quotidiano per ogni particolare prodotto. Questo studio si è concentrato su bottiglie per l’alimentazione dei bambini a base di polipropilene ampiamente utilizzate per sviluppare un protocollo economico per gli studi di rilascio MP di molti prodotti in plastica. Il protocollo qui sviluppato consente: 1) la prevenzione della potenziale contaminazione durante il campionamento e il rilevamento; 2) attuazione realistica degli scenari di uso quotidiano e raccolta accurata dei deputati rilasciati dalle biberon sulla base delle linee guida dell’OMS; e 3) determinazione chimica economica e mappatura topografica fisica dei parlamentari rilasciati dalle bottiglie per l’alimentazione dei bambini. Sulla base di questo protocollo, la percentuale di recupero utilizzando polistirolo MP standard (diametro di 2 μm) era del 92,4-101,2% mentre la dimensione rilevata era di circa il 102,2% della dimensione progettata. Il protocollo qui dettagliato fornisce un metodo affidabile ed economico per la preparazione e il rilevamento dei campioni MP, che può beneficiare sostanzialmente di futuri studi sul rilascio di MP da prodotti in plastica.
Introduction
La maggior parte dei tipi di plastica non sono biodegradabili ma possono rompersi in piccoli pezzi a causa di processi chimici e fisici come ossidazione e attritomeccanico 1,2. I pezzi di plastica di dimensioni inferiori a 5 mm sono classificati come microplastiche (PARLAMENTARI). I deputati sono onnipresenti e si trovano in quasi tutti gli angoli del mondo. Sono diventati una preoccupazione globale a causa del potenziale rischio per l’uomo e la faunaselvatica 3,4. Ad oggi, sono stati riscontrati accumuli significativi di parlamentari nei pesci, negli uccelli,negli insetti 5,6 e nei mammiferi (topo, nell’intestino, nei reni enel fegato 7,8). Gli studi hanno scoperto che l’esposizione e l’accumulo di parlamentari possono danneggiare il metabolismolipidico dei topi 7,8. Una valutazione del rischio incentrata sui pesci ha rilevato che i deputati sub-micron possono penetrare nella barriera ematica-encefalica e causare dannicerebrali 9. Va notato che ad oggi tutti i risultati del rischio mp sono stati ottenuti da studi sugli animali, mentre il rischio specifico per la salute umana è ancora sconosciuto.
Negli ultimi 2 anni, le preoccupazioni per la minaccia dei deputati alla salute umana sono notevolmente aumentate con la conferma dei livelli di esposizione umana ai deputati. L’accumulo di parlamentari è stato trovato nel colonumano 10, la placenta delle donneincinte 11 e feci adulte12. Una determinazione precisa dei livelli di rilascio dei MP è fondamentale per identificare le fonti di esposizione, valutare il rischio per la salute e valutare l’efficienza di eventuali misure di controllo. Negli ultimi anni, alcuni studi di casi hanno riferito che la plastica ad uso quotidiano (cioè il bollitoredi plastica 13 e letazze monouso 14)può rilasciare quantità estremamente elevate di parlamentari. Ad esempio, tazze di carta monouso (con interni laminati con film di polietilene-PE o copolimeri), rilasciati circa 250 MP di dimensioni micron e 102 milioni di particelle di dimensioni sub-micron in ogni millilitro di liquido in seguito all’esposizione all’acqua calda di 85-90 °C14. Uno studio sui contenitori per alimenti in polipropilene (PP) ha riferito che fino a 7,6 mg di particelle di plastica vengono rilasciati dal contenitore durante unsingolo uso 15. Livelli ancora più elevati sono stati registrati dalle bustine di tè realizzate in polietilene tereftalato (PET) e nylon, che hanno rilasciato circa 11,6 miliardi di parlamentari e 3,1 miliardi di parlamentari di dimensioni nanometriche in un’unica tazza (10 mL) della bevanda16. Dato che questi prodotti in plastica ad uso quotidiano sono progettati per la preparazione di alimenti e bevande, è probabile il rilascio di elevate quantità di parlamentari e il loro consumo è una potenziale minaccia per la salute umana.
Gli studi sul rilascio di MP dai prodotti di plastica per uso domestico (cioè il bollitoredi plastica 13 e le tazze monouso14) sono in una fase iniziale, ma si prevede che questo argomento riceverà una crescente attenzione da parte dei ricercatori e del pubblico in generale. I metodi richiesti in questi studi sono significativamente diversi da quelli utilizzati negli studi marini o d’acqua dolce a temperatura ambiente in cui esistono giàprotocolli ben consolidati 17. Al contrario, gli studi che comportano l’uso quotidiano di prodotti in plastica per uso domestico comportano una temperatura molto più elevata (fino a 100 °C), con in molti casi ripetuti cicli a temperatura ambiente. Studi precedenti hanno sottolineato che la plastica a contatto con l’acqua calda può rilasciare milioni diparlamentari 16,18. Inoltre, l’uso quotidiano di prodotti in plastica può nel tempo cambiare le proprietà della plastica stessa. È quindi fondamentale sviluppare un protocollo di campionamento che mimi accuratamente gli scenari di uso quotidiano più comuni. Il rilevamento di particelle di dimensioni micro è un’altra grande sfida. Studi precedenti hanno sottolineato che il rilascio di parlamentari da prodotti in plastica è inferiore a 20 μm16,19,20. Il rilevamento di questi tipi di parlamentari richiede l’uso di filtri a membrana lisci con piccole dimensioni dei pori. Inoltre, è necessario distinguere i deputati da possibili contaminanti catturati dal filtro. La spettroscopia Raman ad alta sensibilità viene utilizzata per l’analisi della composizione chimica, che ha il vantaggio di evitare la necessità di un’elevata potenza laser che è nota per distruggere facilmente piccole particelle20. Pertanto, il protocollo deve combinare procedure di movimentazione senza contaminazione con l’uso di filtri a membrana ottimali e per un metodo di caratterizzazione che consenta un’identificazione MP rapida e accurata.
Lo studio qui riportato si è concentrato sulla bottiglia per l’alimentazione dei bambini a base di PP (BFB), uno dei prodotti di plastica più comunemente usati nella vita quotidiana. È stato scoperto che un elevato numero di parlamentari viene rilasciato dalla plastica BFB durante la preparazione della formula18. Per ulteriori studi sul rilascio di MP dalla plastica quotidiana, il metodo di preparazione e rilevamento del campione per BFB è dettagliato qui. Durante la preparazione del campione, è stato seguito attentamente il processo standard di preparazione della formula (pulizia, sterilizzazionee miscelazione) raccomandato dall’OMS 21. Progettando i protocolli intorno alle linee guida dell’OMS, abbiamo assicurato che il rilascio mp da parte dei BBF imitava il processo di preparazione della formula per bambini utilizzato dai genitori. Il processo di filtro è stato progettato per raccogliere accuratamente i parlamentari rilasciati dai BBF. Per l’identificazione chimica dei parlamentari, le condizioni di lavoro per la spettroscopia Raman sono state ottimizzate per ottenere spettri puliti e facilmente identificabili dei parlamentari, evitando al contempo la possibilità di bruciare le particelle bersaglio. Infine, è stata sviluppata la procedura di prova ottimale e la forza applicata per consentire un’accurata mappatura topografica tridimensionale dei parlamentari utilizzando la microscopia a forza atomica (AFM). Il protocollo (figura 1) qui descritto fornisce un metodo affidabile ed economico per la preparazione e il rilevamento dei campioni MP, che può beneficiare sostanzialmente di futuri studi sui prodotti in plastica.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sebbene lo studio dei parlamentari in acqua dolce e marina sia stato ampiamente riportato e il relativo protocollo standardsia stato sviluppato 17, lo studio dei prodotti di plastica ad uso quotidiano è un’importante area di ricerca emergente. Le diverse condizioni ambientali vissute dai prodotti in plastica per uso domestico fanno migliorare la cura e gli sforzi necessari per ottenere risultati affidabili. Il protocollo di studio deve essere coerente con gli scenari di utilizzo quotidiano reale….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori apprezzano l’Enterprise Ireland (numero di sovvenzione CF20180870) e science foundation Ireland (numeri di sovvenzione: 20/FIP/PL/8733, 12/RC/2278_P2 e 16/IA/4462) per il sostegno finanziario. Riconosciamo anche il sostegno finanziario della Borsa di studio School of Engineering presso il Trinity College dublinesi e china scholarship council (201506210089 e 201608300005). Inoltre, apprezziamo l’aiuto professionale della prof.000 Sarah Mc Cormack e dei team di tecnici (David A. McAulay, Mary O’Shea, Patrick L.K. Veale, Robert Fitzpatrick e Mark Gilligan ecc.) del Trinity Civil, Structural and Environmental Department e 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 |
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