Detektering af mikroplastik første trin i vurdering af miljøskader

Midt i stigende alarm over plastikken, der forurener vores miljø, biomedicinske og optiske forskere ved University of Rochester arbejder på bedre at forstå forekomsten af ​​mikroplast i drikkevand og deres potentielle indvirkning på menneskers sundhed.

De samarbejder med SiMPore, en virksomhed, der bruger nanomembranteknologi, der oprindeligt blev udviklet på universitetet, at udtænke måder til hurtigt at filtrere og identificere partikler af plastik 5 mm eller mindre i drikkevandsprøver. De vil derefter teste disse partiklers evne til at krydse en mikroskalabarriere, der simulerer slimhinden i en menneskelig tarm.

"Vi vil se, i hvilket omfang de partikler, du indtager i dit drikkevand, kan passere gennem din tarm og ind i dine andre organer, " siger Greg Madejski, en postdoc i laboratoriet hos James McGrath, professor i biomedicinsk teknik. Madejski koordinerer forskningen med laboratoriet af Wayne Knox, professor i optik. Både McGrath og Knox er tilknyttet Materials Science Program.

Mikroplast bruges som ingredienser i cigaretfiltre, tekstilfibre, og rengørings- eller personlig plejeprodukter. Andre opstår, når større plastikgenstande bliver slidt ned af solen, vind, og bølger. De kan findes på bjergtoppe og på bunden af ​​oceanerne; i luften vi indånder og i vandet vi drikker. Præcis hvor meget mikroplast optages af mennesker, og hvor meget skade det forvolder dem, har været svært at vurdere, fordi partiklerne - under 100 mikron - er så små og svære at opdage.

"Dette er partikler, som du ikke kunne opfange med en pincet, som du ikke engang kan se med det blotte øje, " siger Madejski. De unddrager sig den "traditionelle metode til at skumme vandoverfladen med et planktonnet og samle alt, " han siger.

I stedet vil forskerne filtrere vand gennem plader af siliciumnitrid, der er hundrede gange tyndere end diameteren på et menneskehår. Disse SiMPore nanomembraner, baseret på prototyper, der oprindeligt blev oprettet i McGrath-laboratoriet, har mikron-størrelse slidser i dem. "Det giver os mulighed for at fange affald i mikronstørrelse, Madejski siger. Og fordi lagnerne er så tynde, du kan filtrere en betydelig mængde vand gennem dem uden meget pres."

Laget af mikroskopisk affald, der samler sig på overfladen af ​​membranerne, analyseres på forskellige måder for at bestemme, hvor meget af det består af mikroplastpartikler.

Partiklerne kan farves med Nile Red farvestof, for eksempel, som klæber til plast. Raman mikroskopi, brugt i Knox laboratoriet, lyser en lys laser på materialet for at opnå information om kemisk binding - dybest set "et molekylært fingeraftryk af, hvad dette materiale er, " siger Madejski. "Det fungerer ikke så godt med fluorescerende materiale, som mange plastik er, men det kan tydeligt identificere 10-mikron polystyrenperler, for eksempel."

Forskerne håber også at bruge røntgenfotoelektronspektroskopi og energidispersive røntgenspektroskopiteknikker til yderligere at studere sammensætningen af ​​mikroplastpartikler.

"Det smukke ved membraner i nanoskala er, at du kan tilpasse dem til en lang række karakteriseringsværktøjer, " siger Madejski.

Partikler, der er identificeret som mikroplast, vil blive udskilt og "fodret" til Caco2 humane epitelcellelinjer, der er meget brugt som en model af tarmepitelbarrieren. Dette vil hjælpe med at bestemme, i hvilket omfang partiklerne absorberes i kroppen.

Arbejder med David Rowley fra City of Rochester Water Bureau, vandprøver bliver analyseret på alle stadier af byens 35-mile lange tyngdekraftforsynede vandrensnings- og forsyningssystem, som strækker sig fra høje Hemlock Lake, hvor byen henter sit vand, gennem rør og reservoirer, og i sidste ende når destinationer som drikkefontænerne og vandhanerne i laboratorierne og gangene i Goergen Hall på universitetets River Campus.

Det haster med at lære mere om udbredelsen af ​​mikroplastik og deres potentielle indvirkning på menneskers sundhed, siger Madejski, som for nylig deltog i en workshop om mikroplast på Woods Hole Oceanographic Institute.

"En ting at huske på er, at vi i løbet af de sidste 70 år eller deromkring har produceret omkring 4 milliarder tons plastik; i det næste årti eller deromkring, vi skal fordoble det beløb, " siger Madejski.