Probenahme, Identifizierung und Charakterisierung von Mikroplastik, das aus der Babyflasche aus Polypropylen während des täglichen Gebrauchs frei wird

Die meisten Kunststoffarten sind nicht biologisch abbaubar, können aber aufgrund chemischer und physikalischer Prozesse wie Oxidation und mechanischer Reibung in kleine Stücke^zerfallen1,². Kunststoffteile, die kleiner als 5 mm sind, werden als Mikroplastik (MPs) klassifiziert. Abgeordnete sind allgegenwärtig und in fast jeder Ecke der Welt zu finden. Sie sind aufgrund des potenziellen Risikos für Menschen und Wildtiere zu einem globalen Problem geworden^3,4. Bis heute wurden signifikante Ansammlungen von Abgeordneten bei Fischen, Vögeln, Insekten^5,6 sowie Säugetieren (Maus, Darm, Niere und Leber^7,8) gefunden. Studien ergaben, dass die Exposition und Ansammlung von MPs den Fettstoffwechsel von Mäusen schädigen kann^7,8. Eine Risikobewertung, die sich auf Fische konzentrierte, ergab, dass Submikrzähler-Abgeordnete die Blut-Hirn-Schranke durchdringen und Hirnschäden verursachen können⁹. Es sei darauf hingewiesen, dass bisher alle MP-Risikoergebnisse aus Tierversuchen gewonnen wurden, während das spezifische Risiko für die menschliche Gesundheit noch unbekannt ist.

In den letzten 2 Jahren nahmen die Bedenken über die Bedrohung der menschlichen Gesundheit durch die Abgeordneten mit der Bestätigung der Exposition des Menschen gegenüber Abgeordneten erheblich zu. Die Ansammlung von MPs wurde im menschlichen Dickdarm¹⁰, der Plazenta schwangerer Frauen¹¹ und im Erwachsenenstuhl¹²gefunden. Eine genaue Bestimmung der MP-Freisetzungswerte ist entscheidend, um Expositionsquellen zu identifizieren, das Gesundheitsrisiko zu bewerten und die Wirksamkeit potenzieller Kontrollmaßnahmen zu bewerten. In den letzten Jahren berichteten einige Fallstudien, dass Kunststoffe des täglichen Gebrauchs (z. B. der Kunststoffkessel¹³ und die Einwegbecher¹⁴⁾extrem hohe Mengen an Abgeordneten freisetzen können. Zum Beispiel haben Einweg-Pappbecher (mit Innenausstattungen, die mit Polyethylen-PE- oder Copolymerfolien laminiert sind) nach Einwirkung von 85-90 °C heißem Wasser etwa 250 mikrometergroße MPs und 102 Millionen Partikel in submikromingroße Partikel in jeden Milliliter Flüssigkeit freigesetzt¹⁴. Eine Studie von Polypropylen (PP) Lebensmittelbehältern berichtete, dass bis zu 7,6 mg Kunststoffpartikel während eines einmaligen Gebrauchs aus dem Behälter freigesetzt werden¹⁵. Noch höhere Werte wurden von Teebeuteln aus Polyethylenterephthalat (PET) und Nylon verzeichnet, die etwa 11,6 Milliarden MPs und 3,1 Milliarden Nano-MPs in eine einzige Tasse (10 ml) des Getränks¹⁶freisenden. Angesichts der Tatsache, dass diese Kunststoffprodukte des täglichen Gebrauchs für die Zubereitung von Lebensmitteln und Getränken bestimmt sind, ist die Freisetzung hoher Mengen von Abgeordneten wahrscheinlich und ihr Verzehr ist eine potenzielle Bedrohung für die menschliche Gesundheit.

Studien zur MP-Freisetzung aus Haushaltskunststoffprodukten (z. B. dem Kunststoffkessel¹³ und Einwegbechern¹⁴⁾befinden sich in einem frühen Stadium, aber es wird erwartet, dass dieses Thema von Forschern und der Öffentlichkeit zunehmend beachtet wird. Die in diesen Studien erforderlichen Methoden unterscheiden sich signifikant von denen, die in Raumtemperatur-Meeres- oder Süßwasserstudien verwendet werden, wo bereits gut etablierte Protokolle existieren¹⁷. Im Gegensatz dazu beinhalten Studien zur täglichen Verwendung von Haushaltskunststoffprodukten eine viel höhere Temperatur (bis zu 100 ° C), wobei in vielen Fällen wiederholt auf Raumtemperatur zurückgeschlichen wird. Frühere Studien wiesen darauf hin, dass Kunststoffe, die mit heißem Wasser in Berührung berührung treten, Millionen von Abgeordneten freisetzen können^16,18. Darüber hinaus kann der tägliche Gebrauch von Kunststoffprodukten im Laufe der Zeit die Eigenschaften des Kunststoffs selbst verändern. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, ein Probenahmeprotokoll zu entwickeln, das die häufigsten Szenarien des täglichen Gebrauchs genau nachahmt. Der Nachweis von Partikeln in Mikrogröße ist eine weitere große Herausforderung. Frühere Studien wiesen darauf hin, dass die Freisetzung von MPs aus Kunststoffprodukten kleiner als 20 μm^16,19,20ist. Die Erkennung dieser Art von MPs erfordert die Verwendung von glatten Membranfiltern mit kleiner Porengröße. Darüber hinaus ist es notwendig, MPs von möglichen Verunreinigungen zu unterscheiden, die vom Filter aufgefangen werden. Die hochempfindliche Raman-Spektroskopie wird für die Analyse der chemischen Zusammensetzung verwendet, was den Vorteil hat, dass keine hohe Laserleistung erforderlich ist, von der bekannt ist, dass sie kleine Partikel leicht zerstört²⁰. Daher muss das Protokoll kontaminationsfreie Handhabungsverfahren mit dem Einsatz optimaler Membranfilter und für eine Charakterisierungsmethode kombinieren, die eine schnelle und genaue MP-Identifizierung ermöglicht.

Die hier berichtete Studie konzentrierte sich auf die PP-basierte Babyflasche (BFB), eines der am häufigsten verwendeten Kunststoffprodukte im täglichen Leben. Es wurde festgestellt, dass eine hohe Anzahl von Abgeordneten während der Formelvorbereitung aus Kunststoff-BFB freigesetzt wird¹⁸. Für weitere Untersuchungen der MP-Freisetzung aus täglichen Kunststoffen wird die Probenvorbereitungs- und Nachweismethode für BFB hier detailliert beschrieben. Bei der Probenvorbereitung wurde der von der WHO²¹ empfohlene Standard-Rezepturvorbereitungsprozess (Reinigen, Sterilisieren und Mischen) sorgfältig befolgt. Durch die Gestaltung der Protokolle rund um die WHO-Richtlinien stellten wir sicher, dass die MP-Freisetzung von BFBs den von den Eltern verwendeten Prozess zur Zubereitung von Babynahrung nachahmte. Der Filterprozess wurde entwickelt, um die von BFBs freigesetzten Abgeordneten genau zu erfassen. Für die chemische Identifizierung von MPs wurden die Arbeitsbedingungen für die Raman-Spektroskopie optimiert, um saubere und leicht identifizierbare Spektren von MPs zu erhalten und gleichzeitig die Möglichkeit der Verbrennung der Zielpartikel zu vermeiden. Abschließend wurde das optimale Testverfahren und die angewandte Kraft entwickelt, um eine genaue 3-dimensionale Topographie-Kartierung von MPs mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) zu ermöglichen. Das hier beschriebene Protokoll (Abbildung 1) bietet eine zuverlässige und kostengünstige Methode zur Vorbereitung und Detektion von MP-Proben, die zukünftigen Studien von Kunststoffprodukten erheblich zugute kommen kann.