Summary

Amostragem, Identificação e Caracterização de Liberação de Microplásticos da Mamadeira de Alimentação de Bebês de Polipropileno durante o Uso Diário

Published: July 24, 2021
doi:

Summary

Este estudo detalhou um protocolo confiável e econômico para coleta e detecção de microplásticos a partir do uso diário de produtos plásticos.

Abstract

Os microplásticos (PMs) estão se tornando uma preocupação global devido ao potencial risco à saúde humana. Estudos de caso de produtos plásticos (ou seja, copos de uso único de plástico e chaleiras) indicam que a liberação de MP durante o uso diário pode ser extremamente alta. Determinar precisamente o nível de liberação da MP é um passo crucial para identificar e quantificar a fonte de exposição e avaliar/controlar os riscos correspondentes decorrentes dessa exposição. Embora os protocolos de medição dos níveis de MP em água marinha ou doce tenham sido bem desenvolvidos, as condições experimentadas pelos produtos plásticos domésticos podem variar amplamente. Muitos produtos plásticos são expostos a altas temperaturas frequentes (até 100 °C) e são resfriados de volta à temperatura ambiente durante o uso diário. Por isso, é crucial desenvolver um protocolo de amostragem que imita o cenário real de uso diário para cada produto em particular. Este estudo se concentrou em mamadeiras de alimentação de bebês amplamente utilizadas à base de polipropileno para desenvolver um protocolo econômico para estudos de liberação de MP de muitos produtos plásticos. O protocolo aqui desenvolvido permite: 1) a prevenção da contaminação potencial durante a amostragem e detecção; 2) implementação realista de cenários de uso diário e coleta precisa dos PMs liberados de mamadeiras de alimentação de bebês com base nas diretrizes da OMS; e 3) determinação química econômica e mapeamento de topografia física de PMs liberados de mamadeiras de alimentação de bebês. Com base neste protocolo, o percentual de recuperação utilizando MP de poliestireno padrão (diâmetro de 2 μm) foi de 92,4-101,2% enquanto o tamanho detectado foi de cerca de 102,2% do tamanho projetado. O protocolo aqui detalhado fornece um método confiável e econômico para a preparação e detecção de amostras de MP, que pode beneficiar substancialmente estudos futuros de liberação de MP de produtos plásticos.

Introduction

A maioria dos tipos de plásticos não são biodegradáveis, mas podem se dividir em pequenos pedaços devido a processos químicos e físicos como oxidação e atrito mecânico1,2. Peças plásticas menores que 5 mm são classificadas como microplásticos (MPs). Os PMs são onipresentes e encontrados em quase todos os cantos do mundo. Tornaram-se uma preocupação global devido ao risco potencial para humanos e animais selvagens3,4. Até o momento, foram encontrados acúmulos significativos de PMs em peixes, aves, insetos5,6, bem como mamíferos (camundongos, no intestino, rim e fígado7,8). Estudos descobriram que a exposição e o acúmulo de PMs podem danificar o metabolismo lipídico dos camundongos7,8. Uma avaliação de risco com foco em peixes descobriu que os PMs submicrínidos podem penetrar na barreira do sangue para o cérebro e causar danos cerebrais9. Deve-se notar que até o momento todos os resultados de risco de MP foram obtidos a partir de estudos em animais, enquanto o risco específico à saúde humana ainda é desconhecido.

Nos últimos 2 anos, as preocupações com a ameaça do MP à saúde humana aumentaram substancialmente com a confirmação dos níveis de exposição humana aos PMs. O acúmulo de PMs foi encontrado no cólon humano10, a placenta de gestantes11 e fezes adultas12. Uma determinação precisa dos níveis de liberação de MP é crucial para identificar fontes de exposição, avaliar o risco à saúde e avaliar a eficiência de quaisquer medidas de controle potenciais. Nos últimos anos, alguns estudos de caso relataram que os plásticos de uso diário (ou seja, a chaleira de plástico13 e os copos de uso único14) podem liberar quantidades extremamente altas de PMs. Por exemplo, copos de papel descartáveis (com interiores laminados com filmes de polietileno-PE ou copolímero), lançaram aproximadamente 250 MPs do tamanho de mn e 102 milhões de partículas sub-micron em cada mililitro de líquido após exposição a 85-90 °C de água quente14. Um estudo de recipientes de alimentos de polipropileno (PP) informou que até 7,6 mg de partículas plásticas são liberadas do recipiente durante um único uso15. Níveis ainda mais elevados foram registrados a partir de sacos de chá feitos de tereftalato de polietileno (PET) e nylon, que liberaram aproximadamente 11,6 bilhões de MPs e 3,1 bilhões de MPs nano-tamanho em um único copo (10 mL) da bebida16. Dado que esses produtos plásticos de uso diário são projetados para a preparação de alimentos e bebidas, a liberação de altas quantidades de PMs é provável e seu consumo é uma ameaça potencial à saúde humana.

Estudos sobre a liberação de MP de produtos plásticos domésticos (ou seja, a chaleira plástica13 e os copos de uso único14) estão em estágio inicial, mas espera-se que esse tema receba cada vez mais atenção dos pesquisadores e do público em geral. Os métodos exigidos nesses estudos são significativamente diferentes daqueles utilizados em estudos de temperatura ambiente marinho ou de água doce, onde já existem protocolos bem estabelecidos17. Em contrapartida, estudos envolvendo o uso diário de produtos plásticos domésticos envolvem temperatura muito mais alta (até 100 °C), com, em muitos casos, repetidas pedalando de volta à temperatura ambiente. Estudos anteriores apontaram que plásticos em contato com água quente podem liberar milhões de MPs16,18. Além disso, o uso diário de produtos plásticos pode, com o tempo, alterar as propriedades do próprio plástico. Por isso, é crucial desenvolver um protocolo de amostragem que imita com precisão os cenários de uso diário mais comuns. A detecção de partículas de micro-tamanho é outro grande desafio. Estudos anteriores apontaram que os PMs liberados de produtos plásticos são menores que 20 μm16,19,20. A detecção desses tipos de MPs requer o uso de filtros de membrana lisa com pequeno tamanho de poros. Além disso, é necessário distinguir os PMs de possíveis contaminantes capturados pelo filtro. Espectroscopia raman de alta sensibilidade é usada para análise de composição química, que tem a vantagem de evitar a necessidade de alta potência laser que é conhecida por destruir facilmente pequenas partículas20. Assim, o protocolo deve combinar procedimentos de manuseio sem contaminação com o uso de filtros de membrana ideais e para um método de caracterização que permita a identificação rápida e precisa da MP.

O estudo aqui relatado se concentrou na mamadeira de amamentação à base de PP (BFB), um dos produtos plásticos mais utilizados no dia a dia. Verificou-se que um alto número de PMs são liberados do BFB plástico durante a preparação da fórmula18. Para um estudo mais aprofundado da liberação de MP a partir de plásticos diários, o método de preparação e detecção da amostra para BFB é detalhado aqui. Durante a preparação da amostra, o processo padrão de preparação da fórmula (limpeza, esterilização e mistura) recomendado pela OMS21 foi cuidadosamente seguido. Ao projetar os protocolos em torno das diretrizes da OMS, garantimos que a liberação da MP dos BFBs imitasse o processo de preparação da fórmula do bebê utilizado pelos pais. O processo de filtro foi projetado para coletar com precisão os MPs liberados dos BFBs. Para a identificação química dos PMs, as condições de trabalho para espectroscopia de Raman foram otimizadas para obter espectros limpos e facilmente identificados de PMs, evitando ao mesmo tempo a possibilidade de queima das partículas-alvo. Finalmente, foi desenvolvido o procedimento de teste ideal e a força aplicada para permitir um mapeamento preciso da topografia tridimensional dos PMs utilizando microscopia de força atômica (AFM). O protocolo (Figura 1) detalhado aqui fornece um método confiável e econômico para a preparação e detecção de amostras de MP, que pode beneficiar substancialmente estudos futuros de produtos plásticos.

Protocol

1. Preparação para água quente Para todo o hardware que entrar em contato com as amostras, use vidro limpo feito de borossilicato 3.3 para evitar qualquer contaminação potencial. Limpe completamente todos os vidros.Atenção: Arranhões pré-existentes ou manchas de imperfeição em vidros podem liberar partículas durante o processo de aquecimento e agitação. Sugerimos que os usuários verifiquem os vidros e evitem o uso do vidro riscado. Nossa comparação de vidros feitos de difer…

Representative Results

Para validar este protocolo, a amostra de água foi preparada adicionando esferas microplásticas de poliestireno padrão (diâmetro de 2,0 ± 0,1 μm) à água DI. A quantidade de MP adicionada correspondeu a 4.500.000 partículas/L, o que é semelhante ao nível de liberação de MP de BFBs. Seguindo as seções de protocolo 2-3, os PMs foram coletados com sucesso (Figura 4A) e a taxa de recuperação foi de 92,4-101,2%. Esta taxa de recuperação é comparável a um estudo anterior sobre …

Discussion

Embora o estudo dos PMs em água marinha e doce tenha sido amplamente divulgado e o protocolo padrão relevante tenha sido desenvolvido17, o estudo de produtos plásticos de uso diário é uma importante área de pesquisa emergente. As diferentes condições ambientais vivenciadas pelos produtos plásticos domésticos significam que são necessários cuidados extras e esforços para obter resultados confiáveis. O protocolo de estudo deve ser consistente com os cenários reais de uso diário. Por …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores apreciam a Enterprise Ireland (número de subvenção CF20180870) e a Science Foundation Ireland (números de bolsas: 20/FIP/PL/8733, 12/RC/2278_P2 e 16/IA/4462) para apoio financeiro. Também reconhecemos o apoio financeiro da Bolsa de Estudos da Escola de Engenharia do Trinity College Dublin e do China Scholarship Council (201506210089 e 201608300005). Além disso, agradecemos a ajuda profissional da Profª Sarah Mc Cormack e equipes técnicas (David A. McAulay, Mary O’Shea, Patrick L.K. Veale, Robert Fitzpatrick e Mark Gilligan etc.) do 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

Riferimenti

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Citazione di questo articolo
Li, D., Yang, L., Kavanagh, R., Xiao, L., Shi, Y., Kehoe, D. K., Sheerin, E. D., Gun’ko, Y. K., Boland, J. J., Wang, J. J. Sampling, Identification and Characterization of Microplastics Release from Polypropylene Baby Feeding Bottle during Daily Use. J. Vis. Exp. (173), e62545, doi:10.3791/62545 (2021).

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