أخذ العينات وتحديد وتوصيف إطلاق البلاستيك الدقيق من زجاجة تغذية الطفل البولي بروبلين أثناء الاستخدام اليومي
Summary
وقد فصلت هذه الدراسة بروتوكولا موثوقا وفعالا من حيث التكلفة لجمع البلاستيك الدقيق والكشف عنه من الاستخدام اليومي للمنتجات البلاستيكية.
Abstract
أصبحت البلاستيك الدقيق (أعضاء البرلمان) مصدر قلق عالمي بسبب المخاطر المحتملة على صحة الإنسان. دراسات حالة من المنتجات البلاستيكية (أي البلاستيك واحد استخدام أكواب وغلايات) تشير إلى أن النائب الإفراج خلال الاستخدام اليومي يمكن أن تكون عالية للغاية. تحديد مستوى إطلاق MP بدقة هو خطوة حاسمة لتحديد وتحديد مصدر التعرض وتقييم / التحكم في المخاطر المقابلة الناجمة عن هذا التعرض. على الرغم من أن بروتوكولات قياس مستويات MP في المياه البحرية أو المياه العذبة قد تم تطويرها بشكل جيد ، إلا أن الظروف التي تعانيها المنتجات البلاستيكية المنزلية يمكن أن تختلف بشكل كبير. تتعرض العديد من المنتجات البلاستيكية لدرجات حرارة عالية متكررة (تصل إلى 100 درجة مئوية) ويتم تبريدها مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة أثناء الاستخدام اليومي. ولذلك من الأهمية بمكان وضع بروتوكول لأخذ العينات يحاكي سيناريو الاستخدام اليومي الفعلي لكل منتج معين. ركزت هذه الدراسة على زجاجات تغذية الأطفال القائمة على البولي بروبلين المستخدمة على نطاق واسع لتطوير بروتوكول فعال من حيث التكلفة لدراسات إطلاق MP للعديد من المنتجات البلاستيكية. ويمكن البروتوكول الذي وضع هنا من: (1) منع التلوث المحتمل أثناء أخذ العينات والكشف عنها؛ (2) منع التلوث المحتمل أثناء أخذ العينات والكشف عنها؛ (2) منع التلوث المحتمل أثناء عملية أخذ العينات والكشف عنها؛ (2) منع التلوث المحتمل أثناء عملية أخذ العينات؛ ( 2) التنفيذ الواقعي لسيناريوهات الاستخدام اليومي، وجمع دقيق للنواب المفرج عنهم من زجاجات تغذية الأطفال استنادا إلى المبادئ التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية؛ و 3) تحديد الكيميائية فعالة من حيث التكلفة ورسم الخرائط التضاريس الفيزيائية من أعضاء البرلمان صدر من زجاجات تغذية الطفل. واستنادا إلى هذا البروتوكول، كانت نسبة الاسترداد باستخدام البوليسترين MP القياسية (قطرها 2 ميكرومتر) 92.4-101.2٪ في حين أن الحجم المكتشف كان حوالي 102.2٪ من الحجم المصمم. البروتوكول المفصل هنا يوفر طريقة موثوقة وفعالة من حيث التكلفة لإعداد عينة MP والكشف عنها ، والتي يمكن أن تستفيد بشكل كبير من الدراسات المستقبلية لإطلاق MP من المنتجات البلاستيكية.
Introduction
معظم أنواع البلاستيك غير قابلة للتحلل الحيوي ولكن يمكن تقسيمها إلى قطع صغيرة بسبب العمليات الكيميائية والفيزيائية مثل الأكسدة والاحتكاك الميكانيكي1،2. تصنف القطع البلاستيكية التي تقل عن 5 ملم على أنها مواد بلاستيكية دقيقة (أعضاء البرلمان). أعضاء البرلمان في كل مكان وتوجد في كل ركن تقريبا في العالم. لقد أصبحت مصدر قلق عالمي بسبب المخاطر المحتملة على البشر والحياة البرية3،4. حتى الآن ، تم العثور على تراكمات كبيرة من أعضاء البرلمان في الأسماك والطيور والحشرات5و6 وكذلك الثدييات (الماوس ، في الأمعاء والكلى والكبد7،8). وجدت الدراسات أن التعرض وتراكم أعضاء البرلمان يمكن أن تلحق الضرر التمثيل الغذائي الدهون من الفئران7،8. ووجد تقييم للمخاطر يركز على الأسماك أن أعضاء البرلمان دون الميكرون يمكن أن تخترق حاجز الدم إلى الدماغ وتسبب تلف الدماغ9. وتجدر الإشارة إلى أنه حتى الآن تم الحصول على جميع نتائج مخاطر النائب من الدراسات الحيوانية في حين أن الخطر المحدد على صحة الإنسان لا يزال غير معروف.
في العامين الماضيين، زادت المخاوف بشأن تهديد النائب لصحة الإنسان بشكل كبير مع تأكيد مستويات تعرض الإنسان لأعضاء البرلمان. تم العثور على تراكم أعضاء البرلمان في القولون البشري10، مشيمة النساء الحوامل11 وبراز الكبار12. ومن الأهمية بمكان تحديد مستويات إطلاق ال MP بدقة لتحديد مصادر التعرض وتقييم المخاطر الصحية وتقييم كفاءة أي تدابير رقابة محتملة. في السنوات القليلة الماضية، ذكرت بعض دراسات الحالة أن البلاستيك اليومي الاستخدام (أي غلاية بلاستيكية13 وأكواب ذات استخدام واحد14)يمكن أن تطلق كميات عالية للغاية من أعضاء البرلمان. على سبيل المثال، أكواب الورق المتاح (مع الداخلية مغلفة مع البولي ايثيلين PE أو أفلام كوبوليمر)، صدر ما يقرب من 250 ميكرون الحجم أعضاء البرلمان و 102 مليون جزيئات صغيرة الحجم في كل ملليلتر من السائل بعد التعرض ل85-90 درجة مئوية الماء الساخن14. وأفادت دراسة لحاويات المواد الغذائية البولي بروبلين (PP) أن ما يصل إلى 7.6 ملغ من جزيئات البلاستيك يتم تحريرها من الحاوية خلال استخدام واحد15. وسجلت مستويات أعلى من أكياس الشاي المصنوعة من البولي ايثيلين تيريفثالات (PET) والنايلون، والتي أفرجت عن ما يقرب من 11.6 مليار عضو في البرلمان و 3.1 مليار عضو في البرلمان نانو الحجم في كوب واحد (10 مل) من المشروبات16. وبالنظر إلى أن هذه المنتجات البلاستيكية ذات الاستخدام اليومي مصممة لإعداد الأغذية والمشروبات، فمن المرجح أن يتم إطلاق كميات كبيرة من أعضاء البرلمان وأن استهلاكهم يشكل تهديدا محتملا لصحة الإنسان.
الدراسات على الإفراج عن النائب من المنتجات البلاستيكية المنزلية (أي غلاية بلاستيكية13 وأكواب ذات استخدام واحد14)هي في مرحلة مبكرة، ولكن من المتوقع أن هذا الموضوع سوف تتلقى اهتماما متزايدا من الباحثين والجمهور العام. تختلف الطرق المطلوبة في هذه الدراسات اختلافا كبيرا عن تلك المستخدمة في الدراسات البحرية أو دراسات المياه العذبة في درجة حرارة الغرفة حيث توجد بروتوكولات راسخة بالفعل17. وعلى النقيض من ذلك، تنطوي الدراسات التي تنطوي على الاستخدام اليومي للمنتجات البلاستيكية المنزلية على درجة حرارة أعلى بكثير (تصل إلى 100 درجة مئوية)، مع تكرار ركوب الدراجات في كثير من الحالات إلى درجة حرارة الغرفة. وأشارت دراسات سابقة إلى أن البلاستيك في اتصال مع الماء الساخن يمكن أن يطلق سراح الملايين من أعضاء البرلمان16،18. بالإضافة إلى ذلك ، قد يؤدي الاستخدام اليومي للمنتجات البلاستيكية بمرور الوقت إلى تغيير خصائص البلاستيك نفسه. ولذلك، من الأهمية بمكان وضع بروتوكول لأخذ العينات يحاكي بدقة سيناريوهات الاستخدام اليومي الأكثر شيوعا. 10 – ويعد الكشف عن الجسيمات الصغيرة الحجم تحديا رئيسيا آخر. وأشارت الدراسات السابقة إلى أن أعضاء البرلمان الإفراج عن المنتجات البلاستيكية هي أصغر من 20 ميكرومتر16،19،20. الكشف عن هذه الأنواع من أعضاء البرلمان يتطلب استخدام مرشحات الأغشية الملساء مع حجم المسام الصغيرة. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري التمييز بين أعضاء البرلمان والملوثات المحتملة التي يلتقطها الفلتر. يستخدم التحليل الطيفي رامان عالية الحساسية لتحليل التركيب الكيميائي، والتي لديها ميزة تجنب الحاجة إلى قوة ليزر عالية التي من المعروف أن تدمر بسهولة جزيئات صغيرة20. ومن ثم، يجب أن يجمع البروتوكول بين إجراءات المناولة الخالية من التلوث واستخدام مرشحات الأغشية المثلى وطريقة التوصيف التي تسمح بتحديد MP بسرعة ودقة.
ركزت الدراسة التي ذكرت هنا على زجاجة تغذية الطفل القائمة على PP (BFB) ، وهي واحدة من المنتجات البلاستيكية الأكثر استخداما في الحياة اليومية. وتبين أن عددا كبيرا من أعضاء البرلمان يتم تحريرها من البلاستيك BFB خلال إعدادالصيغة 18. لمزيد من الدراسة للافراج عن النائب من البلاستيك اليومي ، وإعداد العينة وطريقة الكشف عن BFB مفصلة هنا. وأثناء إعداد العينة، اتبعت بعناية عملية إعداد التركيبة المعيارية (التنظيف والتعقيم والخلط) التي أوصت بها منظمة الصحة العالمية21. ومن خلال تصميم البروتوكولات حول المبادئ التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية، تأكدنا من أن إطلاق سراح النائب من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور يحاكي عملية إعداد حليب الأطفال التي يستخدمها الآباء. تم تصميم عملية التصفية لجمع أعضاء البرلمان الصادرين من BFBs بدقة. بالنسبة لتحديد أعضاء البرلمان كيميائيا، تم تحسين ظروف عمل التحليل الطيفي لرامان للحصول على أطياف نظيفة ويمكن التعرف عليها بسهولة من أعضاء البرلمان، مع تجنب إمكانية حرق الجسيمات المستهدفة في الوقت نفسه. وأخيرا، تم تطوير إجراء الاختبار الأمثل والقوة التطبيقية للسماح برسم خرائط تضاريس ثلاثية الأبعاد دقيقة لأعضاء البرلمان باستخدام المجهر للقوة الذرية (AFM). البروتوكول (الشكل 1) مفصلة هنا يوفر طريقة موثوقة وفعالة من حيث التكلفة لإعداد عينة MP والكشف عنها، والتي يمكن أن تستفيد بشكل كبير الدراسات المستقبلية للمنتجات البلاستيكية.
Protocol
Representative Results
Discussion
على الرغم من أن دراسة أعضاء البرلمان في المياه البحرية والمياه العذبة قد تم الإبلاغ عنها على نطاق واسع وتم تطوير البروتوكول القياسي ذي الصلة17، فإن دراسة المنتجات البلاستيكية ذات الاستخدام اليومي هي مجال بحثي ناشئ مهم. الظروف البيئية المختلفة التي تعاني منها المنتجات البلاس?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يقدر المؤلفون مشروع أيرلندا (رقم المنحة CF20180870) ومؤسسة العلوم أيرلندا (أرقام المنح: 20/FIP/PL/8733 و 12/RC/2278_P2 و 16/IA/4462) للحصول على الدعم المالي. كما نعترف بالدعم المالي من منحة كلية الهندسة في كلية ترينيتي في دبلن ومجلس المنح الدراسية الصينية (201506210089 201608300005). بالإضافة إلى ذلك، نحن نقدر المساعدة المهنية من البروفيسور سارة ماكورماك وفرق الفنيين (ديفيد أ. ماكولاي، ماري أوشي، باتريك ل. ك. فيل، روبرت فيتزباتريك ومارك جيليجان وما إلى ذلك) من قسم ترينيتي المدني والهيكلي والبيئي ومركز أبحاث AMBER.
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).
