Als je op je plaatselijke strand bent geweest, je hebt misschien gemerkt dat de wind rond zwerfvuil gooit, zoals een lege zak chips of een plastic rietje. Deze plastics komen vaak in de oceaan terecht, niet alleen het leven in zee en het milieu aantasten, maar ook een bedreiging vormen voor de voedselveiligheid en de menselijke gezondheid.

Eventueel, veel van deze kunststoffen vallen uiteen in microscopisch kleine afmetingen, waardoor het moeilijk wordt voor wetenschappers om ze te kwantificeren en te meten. Onderzoekers noemen deze ongelooflijk kleine fragmenten nanoplastics en microplastics omdat ze met het blote oog niet zichtbaar zijn. Nutsvoorzieningen, in een multi-organisatorische inspanning onder leiding van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en het Joint Research Centre (JRC) van de Europese Commissie, onderzoekers wenden zich tot een lager deel van de voedselketen om dit probleem op te lossen.

De onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld die een filtervoedende mariene soort gebruikt om deze kleine plastics uit oceaanwater te halen. Het team publiceerde zijn bevindingen als een proof-of-principle-studie in het wetenschappelijke tijdschrift Microplastics en nanoplastics .

Kunststoffen bestaan ​​uit synthetische materialen die bekend staan ​​als polymeren en die meestal worden gemaakt van aardolie en andere fossiele brandstoffen. Jaarlijks wordt er meer dan 300 miljoen ton plastic geproduceerd, en 8 miljoen ton komt in de oceaan terecht. De meest voorkomende soorten plastic die in mariene omgevingen worden aangetroffen, zijn polyethyleen en polypropyleen. Polyethyleen met een lage dichtheid wordt vaak gebruikt in plastic boodschappentassen of sixpack-ringen voor frisdrankblikjes. Polypropyleen wordt vaak gebruikt in herbruikbare voedselcontainers of flessendoppen.

"Zonlicht en andere chemische en mechanische processen zorgen ervoor dat deze plastic voorwerpen steeds kleiner worden, " zei NIST-onderzoeker Vince Hackley. "Na verloop van tijd veranderen ze van vorm en misschien zelfs van hun chemie."

Hoewel er geen officiële definitie is voor deze kleinere nanoplastics, onderzoekers beschrijven ze over het algemeen als kunstmatige producten die door de omgeving in microscopisch kleine stukjes worden afgebroken. Ze zijn meestal zo groot als een miljoenste van een meter (een micrometer, of een micron) of kleiner.

Deze kleine plastics vormen veel potentiële gevaren voor het milieu en de voedselketen. "Naarmate plastic materialen degraderen en kleiner worden, ze worden geconsumeerd door vissen of andere mariene organismen zoals weekdieren. Via dat pad komen ze in het voedselsysteem terecht, en dan in ons. Dat is de grote zorg, ' zei Hackley.

Voor hulp bij het meten van nanoplastics, onderzoekers wendden zich tot een groep mariene soorten die bekend staat als manteldieren, die grote hoeveelheden water door hun lichaam verwerken om voedsel en zuurstof te krijgen - en, onbedoeld, nanoplastics. Wat manteldieren zo nuttig maakt voor dit project, is dat ze nanoplastics kunnen opnemen zonder de vorm of grootte van de plastics aan te tasten.

Voor hun studie onderzoekers kozen een manteldiersoort die bekend staat als C. robusta omdat "ze een goede retentie-efficiëntie hebben voor micro- en nanodeeltjes, ", zei Andrea Valsesia, onderzoeker van de Europese Commissie. De onderzoekers verkregen levende exemplaren van de soort als onderdeel van een samenwerking met het Institute of Biochemistry and Cell Biology en het onderzoeksinstituut Stazione Zoologica Anton Dohrn, zowel in Napels, Italië.

De manteldieren werden blootgesteld aan verschillende concentraties polystyreen, een veelzijdige kunststof, in de vorm van nanodeeltjes. De manteldieren werden vervolgens geoogst en gingen vervolgens door een chemisch verteringsproces, die de nanoplastics van de organismen scheidde. Echter, tijdens deze fase werden enkele resterende organische verbindingen die door het manteldier waren verteerd nog gemengd met de nanoplastics, mogelijk interfereren met de zuivering en analyse van de kunststoffen.

Dus, onderzoekers gebruikten een extra isolatietechniek genaamd asymmetrische stroomveldstroomfractionering (AF4) om de nanoplastics van het ongewenste materiaal te scheiden. De gescheiden of 'gefractioneerde' nanoplastics zouden dan verzameld kunnen worden voor verdere analyse. "That is one of the biggest issues in this field:the ability to find these nanoplastics and isolate and separate them from the environment they exist in, " said Valsesia.

The nanoplastic samples were then placed on a specially engineered chip, designed so that the nanoplastics formed clusters, making it easier to detect and count them in the sample. Lastly, the researchers used Raman spectroscopy, a noninvasive laser-based technique, to characterize and identify the chemical structure of the nanoplastics.

The special chips provide advantages over previous methods. "Normaal gesproken, using Raman spectroscopy for identifying nanoplastics is challenging, but with the engineered chips researchers can overcome this limitation, which is an important step for potential standardization of this method, " said Valsesia. "The method also enables detection of the nanoplastics in the tunicate with high sensitivity because it concentrates the nanoparticles into specific locations on the chip."

The researchers hope this method can lay the foundation for future work. "Almost everything we're doing is at the frontier. There are no widely adopted methods or measurements, " said Hackley. "This study on its own is not the end point. It's a model for how to do things going forward."

Among other possibilities, this approach might pave the way for using tunicates to serve as biological indicators of an ecosystem's health. "Scientists might be able to analyze tunicates in a particular spot to look at nanoplastic pollution in that area, " said Jérémie Parot, who worked on this study while at NIST and is now at SINTEF Industry, a research institute in Norway.

The NIST and JRC researchers continue to work together through a collaboration agreement and hope it will provide additional foundations for this field, such as a reference material for nanoplastics. Voor nu, the group's multistep methodology provides a model for other scientists and laboratories to build on. "The most important part of this collaboration was the opportunity to exchange ideas for how we can do things going forward together, " said Hackley.