Mikroplast adsorberer zinkoxid fra solcremer og mikroperler fra rensemidler

En ny undersøgelse foretaget af et forskerhold fra Diamond Light Source ser på, hvordan mikroplastaffald kan interagere med zinkoxid (ZnO) nanomaterialer i ferskvands- og havvandsscenarier. Det vurderede også, en ZnO-baseret solcreme og en eksfolierende rens med mikroperler i sin sammensætning under samme forhold.

Deres resultater bekræfter, at blandinger af Zn-aggregater/mikropolymerer blev naturligt udvasket/frigivet fra de kommercielle produkter, hvilket afslørede bekymrende miljømæssige konsekvenser for fisk og andre vandlevende organismer i fødekæden, som kunne sluge disse mikroplaster og samtidig indtage zinkpartikler.

Kaldet "Til at forstå de miljømæssige risici ved kombinerede mikroplastik/nanomateriale eksponeringer:Afsløring af ZnO transformationer efter adsorption på polystyren mikroplast i miljømæssige løsninger" blev arbejdet offentliggjort i Global Challenges . Holdet fra Storbritanniens nationale synkrotron omfattede en studerende, Tatiana Da-Silva Ferreira, som var på Edinburgh University på Diamonds 12 ugers 'Summer Placement'-ordning.

Dette giver bachelorstuderende, der studerer til en grad i naturvidenskab, teknik, databehandling eller matematik (som forventer at få en første eller øverste anden klasses honours-grad) at få erfaring med at arbejde i en række forskellige teams på Diamond. Hovedforfatter, Miguel Gomez Gonzalez, Diamond Beamline Scientist, roste Tatiana, der nu studerer til en ph.d. i Schweiz for hendes nøglebidrag til starten på dette miljøprojekt.

Miguel forklarede drivkraften til forskningen og sagde, at de alle havde set, hvordan der i de seneste årtier har været en dramatisk stigning i fremstillingen af ​​konstruerede nanomaterialer (små, bittesmå partikler omkring 1000 gange tyndere end et menneskehår), hvilket uundgåeligt har ført til til deres miljøudslip.

På samme måde er zinkoxid (ZnO) blandt de mere rigelige nanomaterialer, der fremstilles på grund af dets fordelagtige anvendelse i elektronik, halvledende og til antibakterielle formål. Samtidig er plastikaffald blevet allestedsnærværende og kan nedbrydes i mindre stykker kaldet mikroplast.

Disse er også små, men ~100 gange større end nanomaterialerne. Fordi begge disse elementer bliver bortskaffet oftere, besluttede de at studere deres skæbne, når de potentielt kombineres i ferskvand og oceaner og for at hjælpe med at gøre miljørisikovurderinger mere nøjagtige.

For at gøre deres undersøgelse mere relevant for den virkelige verden testede holdet en solcreme indeholdende zinkoxid, som almindeligvis bruges til at blokere UV-stråling. De lod solcremen ruge i de forskellige miljøløsninger i en uge og tilføjede derefter mikroplastikken i en dag. Målet var at kontrollere, om zinkoxidet kunne komme ud af solcremen og holde sig til disse mikroplaster.

De fulgte også samme procedure med en ansigtsscrub indeholdende bittesmå plastikperler. Resultaterne viste tydeligt, at zinkoxidet (enten rent eller udvasket fra solcremen) holdt sig til mikroplasten i begge tilfælde, hvilket afslørede, at det potentielt også kunne ske i vores floder og oceaner.

Gonzalez kommenterer:"Evnen af ​​zinkoxid, både rene nanomaterialer og dem, der frigives fra en solcreme, til at holde sig til meget små stykker plastik har store konsekvenser. Disse plastik kan endda komme fra hverdagsting som eksfolierende ansigtsrens. I denne undersøgelse har vi fandt ud af, at mikroplasten kan transportere endnu mindre partikler af zink fra sted til sted. Som en konsekvens heraf kunne fisk eller andre vandlevende organismer sluge disse mikroplaster og samtidig indtage zinkpartikler."

"Vi er nødt til at forstå, hvordan denne konstruerede zinkoxid ændrer sig, når den kommer i ferskvand, og hvor meget af den kan klæbe til småt plastikaffald. Dette er vigtigt for at gøre alle opmærksomme, fra folk, der fremstiller disse produkter til dem, der regulerer dem, om potentiel skade, de kan gøre på vores miljø. Der er behov for bedre regler for håndtering af affald, især i forbindelse med små partikler som disse."

"Efterhånden som vi fortsætter med at producere flere og flere af disse mikro- og nanopartikler, vil deres effekt på vores miljø blive ved med at vokse. Fordi de er så langtidsholdbare, kan de udgøre en risiko for forskellige organismer og i sidste ende endda finde vej. i vores mad. Dette er noget, vi simpelthen ikke har råd til at ignorere."

Taler om bidraget fra 2021 Summer Placement Student Tatiana Miguel fremhævede de enorme muligheder, som Diamond-studieprogrammerne giver studerende.

"Tatiana gjorde et stort stykke arbejde med at optimere betingelserne for 7-dages stabilisering af nanomaterialer, efterfulgt af 24-timers inkubation af mikroplast og nanomaterialer. Derudover forbedrede hun filtreringsprotokollen og isoleringen af ​​mikroplasten efter inkubationsperioden. Ligeledes , udførte hun den meget foreløbige scanningselektronmikroskopianalyse, som afslørede adsorption af nanomaterialer i plastoverfladerne. Derfor var hendes bidrag nøglen til den overordnede succes for dette miljørelevante projekt," tilføjede Gonzalez.

Miguel takkede Gonzalez og Diamond og sagde:"Denne oplevelse har virkelig uddybet min interesse for miljøkemi og akademisk forskning. Det gav mig også tilstrækkelig baggrund og selvtillid til at forfølge mine kandidater og nu min Ph.D. Jeg er virkelig glad for, at jeg kom i gang med at arbejde på sådan et interessant projekt, og endnu gladere valgte du at se dybere ind i det."

Holdet tog nogle rene zinkoxidpartikler (spænder fra 80 til 200 nm størrelse) og inkuberede dem i forskellige slags miljømæssige løsninger i en uge, hvilket tillod deres naturlige stabilisering. De blandede dem derefter med små polystyren-mikrokugler (~900 mm i diameter, omtrent på størrelse med et sandkorn) og rørte dem sammen i en dag.

Efter vask og skylning af mikroplasten fandt de ud af, at zinkoxidet blev adsorberet til plastoverfladerne. Dette blev set ved scanning elektrisk mikroskopi, ved hjælp af et meget kraftigt mikroskop. Dette bekræftede, at mikroplast og zinkoxid kan interagere i vores vandområder, hvilket kan påvirke, hvordan de påvirker miljøet.

Holdet undersøgte derefter disse zinkoxiddækkede mikroplastik ved hjælp af røntgenstråler genereret ved Diamond Light Source, en elektronacceleratorfacilitet. Diamonds I14-strålelinje kan forme røntgenstrålerne til en nanometrisk størrelse, hvilket gør den til en af ​​de bedste i verden til denne form for detaljeret arbejde. Hurtig scanning af prøverne omkring den nanometriske røntgenstråle gjorde det muligt at fange detaljerede billeder af hvert element indeholdt i deres prøver af fluorescensdetektoren.

Sideløbende med dette arbejde blev der anvendt en anden røntgenteknik kaldet X-ray absorption near-edge structure spectroscopy (XANES) for at kontrollere, hvilken slags kemiske ændringer der var sket med zinkoxidet ved adsorbering til mikroplasten og efter en uges inkubation i ferskvand.

Gonzalez tilføjer:"Vi fandt ud af, at zinkoxidet var omdannet til forskellige typer zinkrelaterede partikler. Nogle af disse nye partikler (Zn-sulfid) blev dannet hurtigt, mens andre dannedes langsommere, men var mere stabile (Zn-phosphat) Dette afslører værdifuld information om, hvordan zinkoxid opfører sig, når det er i miljøet."

Flere oplysninger: Miguel A. Gomez-Gonzalez et al., Toward Understanding the Environmental Risks of Combined Microplastics/Nanomaterials Exposures:Afsløring af ZnO-transformationer efter adsorption på polystyren mikroplastik i miljømæssige løsninger, Globale udfordringer (2023). DOI:10.1002/gch2.202300036

Leveret af Diamond Light Source Ltd