Bemonstering, identificatie en karakterisering van microplastics vrijkomen uit polypropyleen babyvoedingsfles tijdens dagelijks gebruik

De meeste soorten kunststoffen zijn niet biologisch afbreekbaar, maar kunnen in kleine stukjes worden afgebroken als gevolg van chemische en fysische processen zoals oxidatie en mechanische wrijving^1,2. Plastic stukken kleiner dan 5 mm worden geclassificeerd als microplastics (Parlementsleden). Parlementsleden zijn alomtegenwoordig en worden in bijna elke hoek van de wereld gevonden. Zij zijn een wereldwijde zorg geworden vanwege het potentiële risico voor mens en dier^3,4. Tot op heden zijn significante ophopingen van parlementsleden gevonden bij vissen, vogels, insecten^5,6 en zoogdieren (muis, in de darm, nier en lever^7,8). Studies hebben aangetoond dat de blootstelling en accumulatie van parlementsleden het lipidenmetabolisme van muizen kan beschadigen^7,8. Uit een risicobeoordeling gericht op vissen bleek dat parlementsleden van minder dan micron de bloed-hersenbarrière kunnen binnendringen en hersenschade kunnen veroorzaken⁹. Er zij op gewezen dat tot op heden alle mp-risicoresultaten zijn verkregen uit dierproeven, terwijl het specifieke risico voor de menselijke gezondheid nog onbekend is.

In de afgelopen twee jaar zijn de zorgen over de bedreiging van de menselijke gezondheid door het parlementslid aanzienlijk toegenomen met de bevestiging van de niveaus van menselijke blootstelling aan parlementsleden. De accumulatie van parlementsleden is gevonden in de menselijke dikke darm¹⁰, de placenta van zwangere vrouwen¹¹ en volwassen ontlasting¹². Een nauwkeurige bepaling van de afgifteniveaus van mp’s is van cruciaal belang om blootstellingsbronnen te identificeren, het gezondheidsrisico te beoordelen en de efficiëntie van eventuele controlemaatregelen te evalueren. In de afgelopen jaren hebben sommige casestudies gemeld dat kunststoffen voor dagelijks gebruik (d.w.z. de plastic waterkoker¹³ en bekers voor eenmalig gebruik¹⁴) extreem grote hoeveelheden parlementsleden kunnen vrijgeven. Bijvoorbeeld, wegwerppapierbekers (met interieurs gelamineerd met polyethyleen-PE of copolymeerfilms), brachten ongeveer 250 micron grote parlementsleden en 102 miljoen deeltjes van submicronformaat uit in elke milliliter vloeistof na blootstelling aan 85-90 °C heet water¹⁴. Een studie van polypropyleen (PP) voedselcontainers meldde dat tot 7,6 mg plastic deeltjes uit de container vrijkomt bij eenmalig gebruik¹⁵. Nog hogere niveaus werden geregistreerd van theezakjes gemaakt van polyethyleentereftalaat (PET) en nylon, die ongeveer 11,6 miljard parlementsleden en 3,1 miljard parlementsleden ter grootte van nano vrijkwamen in een enkele kop (10 ml) van de drank¹⁶. Aangezien deze plastic producten voor dagelijks gebruik zijn ontworpen voor de bereiding van voedingsmiddelen en dranken, is het waarschijnlijk dat er grote hoeveelheden parlementsleden vrijkomen en dat de consumptie ervan een potentiële bedreiging vormt voor de menselijke gezondheid.

Studies over mp-afgifte van huishoudelijke plastic producten (d.w.z. de plastic waterkoker¹³ en bekers voor eenmalig gebruik¹⁴) bevinden zich in een vroeg stadium, maar de verwachting is dat dit onderwerp steeds meer aandacht zal krijgen van onderzoekers en het grote publiek. De in deze studies vereiste methoden verschillen aanzienlijk van die welke worden gebruikt in mariene of zoetwaterstudies bij kamertemperatuur waar reeds gevestigde protocollen bestaan¹⁷. Studies met betrekking tot het dagelijks gebruik van huishoudelijke plastic producten daarentegen brengen een veel hogere temperatuur (tot 100 °C) met zich mee, waarbij in veel gevallen herhaaldelijk terug wordt gefietst naar kamertemperatuur. Eerdere studies wezen erop dat kunststoffen die in contact komen met warm water miljoenen parlementsleden^16,18kunnen vrijgeven . Bovendien kan het dagelijks gebruik van plastic producten na verloop van tijd de eigenschappen van het plastic zelf veranderen. Het is daarom cruciaal om een bemonsteringsprotocol te ontwikkelen dat de meest voorkomende scenario’s voor dagelijks gebruik nauwkeurig nabootst. De detectie van microdeeltjes is een andere grote uitdaging. Eerdere studies wezen erop dat de afgifte van kunststofproducten door parlementsleden kleiner is dan 20 μm^16,19,20. Detectie van dit soort parlementsleden vereist het gebruik van gladde membraanfilters met een kleine poriegrootte. Bovendien is het noodzakelijk om parlementsleden te onderscheiden van mogelijke verontreinigingen die door het filter worden opgevangen. Hoge gevoeligheid Raman spectroscopie wordt gebruikt voor chemische samenstelling analyse, die het voordeel van het vermijden van de noodzaak van hoge laser vermogen dat is bekend om gemakkelijk te vernietigen kleine deeltjes²⁰. Daarom moet het protocol verontreinigingsvrije behandelingsprocedures combineren met het gebruik van optimale membraanfilters en voor een karakteriseringsmethode die snelle en nauwkeurige MP-identificatie mogelijk maakt.

De hier gerapporteerde studie richtte zich op de PP-gebaseerde babyvoedingsfles (BFB), een van de meest gebruikte plastic producten in het dagelijks leven. Er werd vastgesteld dat een groot aantal parlementsleden vrijkomt uit plastic BFB tijdens formulevoorbereiding¹⁸. Voor verder onderzoek naar mp-afgifte uit dagelijkse kunststoffen wordt hier de monstervoorbereidings- en detectiemethode voor BFB beschreven. Tijdens de monstervoorbereiding werd het door de WHO²¹ aanbevolen standaard formulebereidingsproces (reinigen, steriliseren en mengen) zorgvuldig gevolgd. Door de protocollen rond de WHO-richtlijnen te ontwerpen, zorgden we ervoor dat de MP-release van BBF’s het voorbereidingsproces voor babyvoeding nabootste dat door ouders werd gebruikt. Het filterproces is ontworpen om de parlementsleden die zijn vrijgelaten uit BBFBs nauwkeurig te verzamelen. Voor de chemische identificatie van parlementsleden werden de arbeidsomstandigheden voor Raman-spectroscopie geoptimaliseerd om schone en gemakkelijk te identificeren spectra van parlementsleden te verkrijgen, terwijl tegelijkertijd de mogelijkheid om de doeldeeltjes te verbranden werd vermeden. Tot slot is de optimale testprocedure en toegepaste kracht ontwikkeld om een nauwkeurige 3-dimensionale topografie mapping van parlementsleden met behulp van atoomkrachtmicroscopie (AFM) mogelijk te maken. Het hier beschreven protocol (figuur 1) biedt een betrouwbare en kosteneffectieve methode voor de bereiding en detectie van MP-monsters, wat toekomstige studies van kunststofproducten aanzienlijk ten goede kan komen.