Günlük Kullanım Sırasında Polipropilen Bebek Besleme Şişesinden Mikroplastik Salınımının Örneklemesi, Tanımlanması ve Karakterizasyonu
Summary
Bu çalışmada, plastik ürünlerin günlük kullanımından mikroplastiklerin toplanması ve tespiti için güvenilir ve uygun maliyetli bir protokol ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Abstract
Mikroplastikler (milletvekilleri) insan sağlığına yönelik potansiyel risk nedeniyle küresel bir endişe haline gelmektedir. Plastik ürünlerin (örneğin, plastik tek kullanımlık bardaklar ve su ısıtıcıları) örnek çalışmaları, günlük kullanım sırasında MP salınımının son derece yüksek olabileceğini göstermektedir. MP salınım seviyesinin tam olarak belirlenmesi, maruz kalma kaynağını tanımlamak ve ölçmek ve bu maruziyetten kaynaklanan ilgili riskleri değerlendirmek / kontrol etmek için çok önemli bir adımdır. Deniz veya tatlı sudaki MP seviyelerini ölçme protokolleri iyi geliştirilmiş olsa da, ev plastik ürünlerinin yaşadığı koşullar büyük ölçüde değişebilir. Birçok plastik ürün sık yüksek sıcaklıklara (100 °C’ye kadar) maruz kalır ve günlük kullanım sırasında oda sıcaklığına geri soğutulur. Bu nedenle, her bir ürün için gerçek günlük kullanım senaryosunu taklit eden bir örnekleme protokolü geliştirmek çok önemlidir. Bu çalışma, birçok plastik ürünün MP salınım çalışmaları için uygun maliyetli bir protokol geliştirmek için yaygın olarak kullanılan polipropilen bazlı bebek besleme şişelerine odaklanmıştır. Burada geliştirilen protokol şunları sağlar: 1) örnekleme ve tespit sırasında potansiyel kontaminasyonun önlenmesi; 2) günlük kullanım senaryolarının gerçekçi bir şekilde uygulanması ve DSÖ yönergelerine göre bebek besleme şişelerinden serbest bırakılan milletvekillerinin doğru toplanması; ve 3) bebek besleme şişelerinden salınan milletvekillerinin uygun maliyetli kimyasal tespiti ve fiziksel topografya haritalaması. Bu protokole dayanarak, standart polistiren MP (2 μm çapında) kullanan geri kazanım yüzdesi% 92.4-101.2 iken, tespit edilen boyut tasarlanan boyutun yaklaşık% 102.2’si idi. Burada ayrıntılı olarak açıklanan protokol, MP numune hazırlama ve algılama için güvenilir ve uygun maliyetli bir yöntem sağlar ve bu da gelecekteki plastik ürünlerden MP salınımı çalışmalarına önemli ölçüde fayda sağlayabilir.
Introduction
Çoğu plastik türü biyolojik olarak parçalanamaz, ancak oksidasyon ve mekanik sürtünme gibi kimyasal ve fiziksel işlemler nedeniyle küçük parçalara ayrılabilir1,2. 5 mm’den küçük plastik parçalar mikroplastik (milletvekilleri) olarak sınıflandırılır. Milletvekilleri her yerde bulunur ve dünyanın hemen hemen her köşesinde bulunur. İnsanlar ve yaban hayatı için potansiyel risk nedeniyle küresel bir endişe haline geldiler3,4. Bugüne kadar, balıklarda, kuşlarda, böceklerde5, 6vememelilerde (fare, bağırsak, böbrek ve karaciğerde 7,8)önemli miktarda milletvekili birikimi bulunmuştur. Çalışmalar, milletvekillerinin maruz kalmasının ve birikmesinin farelerin lipid metabolizmasına zarar verebileceğini buldu7,8. Balıklara odaklanan bir risk değerlendirmesi, mikron altı milletvekillerinin kandan beyne bariyere nüfuz haline geldiğini ve beyin hasarına neden olabileceğini buldu9. Bugüne kadar insan sağlığına özgü risk hala bilinmemekle birlikte, hayvan çalışmalarından tüm MP risk sonuçlarının elde edildiği belirtilmelidir.
Son 2 yılda, milletvekilinin insan sağlığına yönelik tehdidine ilişkin endişeler, insanların milletvekillerine maruz kalma seviyelerinin onaylanmasıyla önemli ölçüde arttı. Milletvekillerinin birikimi insan kolonu10, hamile kadınların plasentası11 ve yetişkin tabure12bulundu. Mp salınım seviyelerinin kesin bir şekilde belirlenmesi, maruz kalma kaynaklarını belirlemek, sağlık riskini değerlendirmek ve olası kontrol önlemlerinin verimliliğini değerlendirmek için çok önemlidir. Son birkaç yılda, bazı vaka çalışmaları günlük kullanılan plastiklerin (yani plastik su ısıtıcısı13 ve tek kullanımlık bardaklar14)son derece yüksek miktarlarda milletvekili serbest bırakabileceğini bildirmektedir. Örneğin, tek kullanımlık kağıt bardaklar (polietilen-PE veya koalyolimer filmlerle lamine edilmiş iç mekanlarla), 85-90 °C sıcak suya maruz kalmanın ardından her mililitre sıvıya yaklaşık 250 mikron büyüklüğünde milletvekili ve 102 milyon mikron altı parçacık saldı14. Polipropilen (PP) gıda kapları üzerinde yapılan bir çalışmada, tek bir kullanım sırasında kaptan 7,6 mg’a kadar plastik partikül salındığıbildirilmiştir 15. Polietilen tereftalat (PET) ve naylondan yapılan çay poşetlerinden daha da yüksek seviyeler kaydedildi, bu da yaklaşık 11,6 milyar milletvekili ve 3,1 milyar nano boyutlu milletvekilini içeceğin tek bir bardağına (10 mL) serbest bıraktı16. Günlük kullanılan bu plastik ürünlerin yiyecek ve içecek hazırlama için tasarlandığı göz önüne alındığında, yüksek miktarda milletvekilinin serbest bırakılması muhtemeldir ve tüketimleri insan sağlığı için potansiyel bir tehdittir.
Ev plastik ürünlerinden MP salınımı ile ilgili çalışmalar (örneğin, plastik su ısıtıcısı13 ve tek kullanımlık bardaklar14)erken aşamadadır, ancak bu konunun araştırmacılardan ve genel halktan giderek daha fazla ilgi görmesi beklenmektedir. Bu çalışmalarda gerekli olan yöntemler, iyi kurulmuş protokollerin zaten mevcut olduğu oda sıcaklığı deniz veya tatlı su çalışmalarında kullanılanlardan önemli ölçüde farklıdır17. Buna karşılık, ev plastik ürünlerinin günlük kullanımını içeren çalışmalar çok daha yüksek sıcaklık (100 ° C’ye kadar) içerir ve çoğu durumda oda sıcaklığına tekrar tekrar bisiklete biner. Önceki çalışmalar, sıcak su ile temas eden plastiklerin milyonlarca milletvekilini serbest bırakabileceğine işaret etti16,18. Ek olarak, plastik ürünlerin günlük kullanımı zamanla plastiğin özelliklerini değiştirebilir. Bu nedenle, en yaygın günlük kullanım senaryolarını doğru bir şekilde taklit eden bir örnekleme protokolü geliştirmek çok önemlidir. Mikro boyutlu parçacıkların tespiti de bir diğer büyük zorluktur. Önceki çalışmalar, milletvekillerinin plastik ürünlerden salındığının 20 μm16 , 19,20‘den küçükolduğunaişaret etti. Bu tür milletvekillerinin tespiti, küçük gözenek boyutuna sahip pürüzsüz membran filtrelerinin kullanılmasını gerektirir. Ek olarak, milletvekillerini filtre tarafından yakalanan olası kirleticilerden ayırmak gerekir. Yüksek hassasiyet Raman spektroskopisi, küçük parçacıkları kolayca yok ettiği bilinen yüksek lazer gücü ihtiyacını önleme avantajına sahip kimyasal bileşim analizi için kullanılır20. Bu nedenle, protokol kontaminasyonsuz elleçleme prosedürlerini optimum membran filtrelerinin kullanımıyla ve hızlı ve doğru MP tanımlamaya izin veren bir karakterizasyon yöntemiyle birleştirmelidir.
Burada bildirilen çalışma, günlük hayatta en sık kullanılan plastik ürünlerden biri olan PP bazlı bebek besleme şişesine (BFB) odaklanmıştır. Formül hazırlama sırasında plastik BFB’den çok sayıda milletvekilinin salındığı tespit edildi18. Günlük plastiklerden MP salınımının daha fazla incelenmesi için, BFB için numune hazırlama ve algılama yöntemi burada ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Numune hazırlama sırasında, WHO21 tarafından önerilen standart formül hazırlama işlemi (temizleme, sterilizasyon ve karıştırma) dikkatle takip edildi. DSÖ yönergeleri etrafında protokoller tasarlayarak, BFF’lerden MP sürümünün ebeveynler tarafından kullanılan bebek formülü hazırlama sürecini taklit ettiğini sağladık. Filtre süreci, BFF’lerden serbest bırakılan milletvekillerini doğru bir şekilde toplamak için tasarlanmıştır. Milletvekillerinin kimyasal tanımlaması için, Raman spektroskopisinin çalışma koşulları, milletvekillerinin temiz ve kolay tanımlanmış spektrumlarını elde etmek için optimize edildi, aynı zamanda hedef parçacıkları yakma olasılığından kaçındı. Son olarak, atomik kuvvet mikroskopisi (AFM) kullanılarak milletvekillerinin doğru 3 boyutlu topografya haritalamasını sağlamak için optimum test prosedürü ve uygulanan kuvvet geliştirilmiştir. Burada ayrıntılı olarak açıklanan protokol (Şekil 1), MP numune hazırlama ve tespiti için güvenilir ve uygun maliyetli bir yöntem sağlar ve bu da gelecekteki plastik ürünlerin çalışmalarına önemli ölçüde fayda sağlayabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Milletvekillerinin deniz ve tatlı su alanındaki çalışmaları yaygın olarak rapor edilmiş ve ilgili standart protokol geliştirilmiş olmasına rağmen17, günlük kullanılan plastik ürünlerin incelenmesi önemli bir gelişmekte olan araştırma alanıdır. Ev plastik ürünlerinin yaşadığı farklı çevre koşulları, güvenilir sonuçlar elde etmek için ekstra bakım ve çabaya ihtiyaç duyulduğu anlamına gelir. Çalışma protokolü gerçek günlük kullanım senaryolarıyla tuta…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, finansal destek için Enterprise Ireland (CF20180870 hibe numarası) ve Science Foundation Ireland’ı (hibe numaraları: 20/FIP/PL/8733, 12/RC/2278_P2 ve 16/IA/4462) takdir ediyor. Ayrıca Trinity College Dublin ve Çin Burs Konseyi Mühendislik Bursu Okulu’ndan (201506210089 ve 201608300005) finansal destek kabul ediyoruz. Buna ek olarak, Trinity Sivil, Yapısal ve Çevre Bölümü ve AMBER Araştırma Merkezi’nden Prof. Sarah Mc Cormack ve teknisyen ekiplerinin (David A. McAulay, Mary O’Shea, Patrick L.K. Veale, Robert Fitzpatrick ve Mark Gilligan vb.) profesyonel yardımlarını takdir ediyoruz.
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 |
References
- Law, K. L., Thompson, R. C. Microplastics in the seas. Science. 345 (6193), 144-145 (2014).
- Thompson, R. C., et al. Lost at sea: where is all the plastic. Science. 304 (5672), 838 (2004).
- Coburn, C. Microplastics and gastrointestinal health: how big is the problem. The Lancet Gastroenterology & Hepatology. 4 (12), 907 (2019).
- The Lancet Planetary Health. Microplastics and human health-an urgent problem. The Lancet Planetary Health. 1 (7), 254 (2017).
- Foley, C. J., Feiner, Z. S., Malinich, T. D., Höök, T. O. A meta-analysis of the effects of exposure to microplastics on fish and aquatic invertebrates. Science of the Total Environment. 631, 550-559 (2018).
- Chae, Y., An, Y. -. J. Effects of micro-and nanoplastics on aquatic ecosystems: Current research trends and perspectives. Marine Pollution Bulletin. 124 (2), 624-632 (2017).
- Lu, L., Wan, Z., Luo, T., Fu, Z., Jin, Y. Polystyrene microplastics induce gut microbiota dysbiosis and hepatic lipid metabolism disorder in mice. Science of the total environment. 631, 449-458 (2018).
- Yang, Y. -. F., Chen, C. -. Y., Lu, T. -. H., Liao, C. -. M. Toxicity-based toxicokinetic/toxicodynamic assessment for bioaccumulation of polystyrene microplastics in mice. Journal of Hazardous Materials. 366, 703-713 (2019).
- Mattsson, K., et al. Brain damage and behavioural disorders in fish induced by plastic nanoparticles delivered through the food chain. Scientific Reports. 7 (1), 11452 (2017).
- Ibrahim, Y. S., et al. Detection of microplastics in human colectomy specimens. JGH Open. , (2021).
- Ragusa, A., et al. Plasticenta: First evidence of microplastics in human placenta. Environment International. 146, 106274 (2021).
- Schwabl, P., et al. Detection of various microplastics in human stool: a prospective case Series. Annals of Internal Medicine. 171 (7), 453-457 (2019).
- Sturm, M. T., Kluczka, S., Wilde, A., Schuhen, K. Determination of particles produced during boiling in differenz plastic and glass kettles via comparative dynamic image analysis using FlowCam. Analytik News. , (2019).
- Ranjan, V. P., Joseph, A., Goel, S. Microplastics and other harmful substances released from disposable paper cups into hot water. Journal of Hazardous Materials. 404, 124118 (2020).
- Fadare, O. O., Wan, B., Guo, L. -. H., Zhao, L. Microplastics from consumer plastic food containers: Are we consuming it. Chemosphere. 253, 126787 (2020).
- Hernandez, L. M., et al. Plastic teabags release billions of microparticles and nanoparticles into tea. Environmental Science & Technology. 53 (21), 12300-12310 (2019).
- Frias, J., et al. Standardised protocol for monitoring microplastics in sediments. Deliverable 4.2. , (2018).
- Li, D., et al. Microplastic release from the degradation of polypropylene feeding bottles during infant formula preparation. Nature Food. , (2020).
- Imhof, H. K., et al. Pigments and plastic in limnetic ecosystems: A qualitative and quantitative study on microparticles of different size classes. Water Research. 98, 64-74 (2016).
- Oßmann, B. E., et al. Small-sized microplastics and pigmented particles in bottled mineral water. Water Research. 141, 307-316 (2018).
- World Health Organization. How to prepare formula for bottle-feeding at home. World Health Organization. , (2007).
- Käppler, A., et al. Analysis of environmental microplastics by vibrational microspectroscopy: FTIR, Raman or both. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 408 (29), 8377-8391 (2016).
- Zhao, S., Danley, M., Ward, J. E., Li, D., Mincer, T. J. An approach for extraction, characterization and quantitation of microplastic in natural marine snow using Raman microscopy. Analytical Methods. 9 (9), 1470-1478 (2017).
- World Health Organization. Microplastics in drinking-water. World Health Organization. , (2019).
- Sunta, U., Prosenc, F., Trebše, P., Bulc, T. G., Kralj, M. B. Adsorption of acetamiprid, chlorantraniliprole and flubendiamide on different type of microplastics present in alluvial soil. Chemosphere. 261, 127762 (2020).
- Gong, W., et al. Comparative analysis on the sorption kinetics and isotherms of fipronil on nondegradable and biodegradable microplastics. Environmental Pollution. 254, 112927 (2019).
- Wong, M., Moyse, A., Lee, F., Sue, H. -. J. Study of surface damage of polypropylene under progressive loading. Journal of Materials Science. 39 (10), 3293-3308 (2004).
