Een nieuw onderzoek door een onderzoeksteam van Diamond Light Source onderzoekt hoe microplasticafval kan interageren met zinkoxide (ZnO) nanomaterialen in zoetwater- en zeewaterscenario's. Het evalueerde ook een zonnebrandcrème op basis van ZnO en een exfoliërende reiniger met microbolletjes in de samenstelling onder dezelfde omstandigheden.

Hun resultaten bevestigen dat mengsels van Zn-aggregaten/micropolymeren op natuurlijke wijze uit de commerciële producten werden uitgeloogd/vrijgegeven, wat zorgwekkende gevolgen voor het milieu aan het licht brengt voor vissen en andere waterorganismen in de voedselketen, die deze microplastics zouden kunnen inslikken en tegelijkertijd zinkdeeltjes zouden kunnen opnemen.

Onder de titel "Toward Understanding the Environmental Risks of combined microplastics/nanomaterials exposures:Unveiling ZnO transformations after adsorptie op polystyreen microplastics in milieuoplossingen" werd het werk gepubliceerd in Global Challenges . Tot het team van de Britse nationale synchrotron behoorde een studente, Tatiana Da-Silva Ferreira, die aan de Universiteit van Edinburgh deelnam aan het twaalf weken durende 'Summer Placement'-programma van Diamond.

Hierdoor kunnen studenten die studeren voor een graad in natuurwetenschappen, techniek, informatica of wiskunde (die verwachten een eerste of tweede klas graad te behalen) ervaring opdoen in een aantal verschillende teams bij Diamond. Hoofdauteur Miguel Gomez Gonzalez, Diamond Beamline Scientist, prees Tatiana, die nu studeert voor een Ph.D. in Zwitserland, voor haar belangrijke bijdrage aan de start van dit milieuproject.

Miguel legde de impuls voor het onderzoek uit en zei dat ze allemaal hadden gezien hoe er de afgelopen decennia een dramatische toename heeft plaatsgevonden in de productie van kunstmatige nanomaterialen (kleine, minuscule deeltjes die ongeveer duizend keer dunner zijn dan een mensenhaar), wat onvermijdelijk heeft geleid tot hun uitstoot in het milieu.

Op dezelfde manier behoort zinkoxide (ZnO) tot de meest voorkomende nanomaterialen die worden vervaardigd vanwege het gunstige gebruik ervan in de elektronica, halfgeleiders en voor antibacteriële doeleinden. Tegelijkertijd is plastic afval alomtegenwoordig en kan het uiteenvallen in kleinere stukjes, microplastics genoemd.

Deze zijn ook klein, maar ~100 keer groter dan de nanomaterialen. Omdat deze beide elementen steeds vaker worden verwijderd, besloten ze hun lot te bestuderen wanneer ze mogelijk worden gecombineerd in zoet water en oceanen, en om de beoordelingen van milieurisico's nauwkeuriger te maken.

Om hun onderzoek relevanter te maken voor de echte wereld, testte het team een ​​zonnebrandcrème die zinkoxide bevat, dat vaak wordt gebruikt om UV-straling te blokkeren. Ze lieten de zonnebrandcrème een week incuberen in de verschillende milieuoplossingen en voegden daarna een dag de microplastics toe. Het doel was om te controleren of het zinkoxide uit de zonnebrandcrème kon komen en zich aan deze microplastics kon hechten.

Ze volgden dezelfde procedure ook met een gezichtsscrub met kleine plastic kralen. Uit de resultaten bleek duidelijk dat het zinkoxide (puur of uit de zonnebrandcrème) in beide gevallen aan het microplastic bleef plakken, wat aantoonde dat dit mogelijk ook in onze rivieren en oceanen zou kunnen gebeuren.

Gonzalez merkt op:“Het vermogen van zinkoxide, zowel pure nanomaterialen als die welke vrijkomen uit zonnebrandcrème, om zich aan zeer kleine stukjes plastic te hechten heeft grote implicaties. Deze plastics kunnen zelfs afkomstig zijn van alledaagse voorwerpen zoals exfoliërende gezichtsreinigers. In dit onderzoek hebben we ontdekten dat de microplastics nog kleinere zinkdeeltjes van de ene plek naar de andere kunnen vervoeren. Als gevolg daarvan kunnen vissen of andere waterorganismen deze microplastics inslikken en tegelijkertijd zinkdeeltjes binnenkrijgen.'

“We moeten begrijpen hoe dit kunstmatige zinkoxide verandert als het in zoet water terechtkomt en hoeveel ervan in klein plastic afval kan blijven hangen. Dit is belangrijk om iedereen bewust te maken, van mensen die deze producten maken tot degenen die ze reguleren, over de Er zijn betere regels nodig voor het beheer van afval, vooral met betrekking tot dit soort kleine deeltjes."

"Naarmate we steeds meer van deze micro- en nanodeeltjes blijven produceren, zal hun effect op ons milieu blijven groeien. Omdat ze zo lang meegaan, kunnen ze een risico vormen voor verschillende organismen en uiteindelijk zelfs hun weg vinden. in ons voedsel. Dit kunnen we simpelweg niet negeren."

Sprekend over de bijdrage van de zomerstagestudente Tatiana Miguel van 2021 benadrukte ze de enorme kansen die Diamond-studieprogramma's studenten bieden.

“Tatiana heeft uitstekend werk verricht bij het optimaliseren van de omstandigheden voor de 7-daagse stabilisatie van nanomaterialen, gevolgd door de 24-uurs incubatie van microplastics en nanomaterialen. Daarnaast verbeterde ze het filterprotocol en de isolatie van de microplastics na de incubatieperiode. , voerde ze de zeer voorlopige scanning-elektronenmicroscopie-analyse uit, waaruit bleek dat er nanomaterialen in de plastic oppervlakken zijn geadsorbeerd. Daarom was haar bijdrage van cruciaal belang voor het algehele succes van dit milieurelevante project," voegde Gonzalez eraan toe.

Miguel bedankte Gonzalez en Diamond en zei:"Deze ervaring heeft mijn interesse in milieuchemie en academisch onderzoek echt verdiept. Het gaf me ook voldoende achtergrondinformatie en vertrouwen om mijn masteropleiding en nu mijn doctoraat voort te zetten. Ik ben erg blij dat ik hieraan heb mogen werken zo'n interessant project, en nog blijer dat je ervoor hebt gekozen er dieper op in te gaan."

Het team nam enkele zuivere zinkoxidedeeltjes (variërend van 80 tot 200 nm) en incubeerde ze een week lang in verschillende soorten omgevingsoplossingen, waardoor hun natuurlijke stabilisatie mogelijk werd. Vervolgens mengden ze deze met kleine microbolletjes van polystyreen (~900 mm diameter, ongeveer zo groot als een zandkorrel) en roerden ze een dag lang door elkaar.

Na het wassen en spoelen van de microplastics ontdekten ze dat het zinkoxide aan de plastic oppervlakken werd geadsorbeerd. Dit werd gezien door middel van scanning-elektrische microscopie, met behulp van een zeer krachtige microscoop. Dit bevestigde dat microplastics en zinkoxide in onze waterlichamen kunnen interageren, wat van invloed kan zijn op de impact ervan op het milieu.

Het team onderzocht vervolgens deze met zinkoxide bedekte microplastics met behulp van röntgenstraling gegenereerd door Diamond Light Source, een elektronenversneller. De I14-bundellijn van Diamond kan de röntgenstralen tot nanometrische afmetingen omvormen, waardoor het een van de beste ter wereld is voor dit soort gedetailleerd werk. Dankzij het snelle scannen van de monsters rond de nanometrische röntgenstraal konden gedetailleerde beelden van elk element in de monsters worden vastgelegd door de fluorescentiedetector.

Naast dit werk werd een andere röntgentechniek, X-ray Absorption Near-Edge Structure Spectroscopie (XANES), toegepast om te controleren welke chemische veranderingen er met het zinkoxide waren gebeurd tijdens de adsorbering aan de microplastics en na een week incubatie in zoet water.

Gonzalez voegt hieraan toe:"We ontdekten dat het zinkoxide was omgezet in verschillende soorten zinkgerelateerde deeltjes. Sommige van deze nieuwe deeltjes (Zn-sulfide) werden snel gevormd, terwijl andere zich langzamer vormden maar stabieler waren (Zn-fosfaat). Dit onthult waardevolle informatie over hoe zinkoxide zich gedraagt ​​in het milieu."

Meer informatie: Miguel A. Gomez-Gonzalez et al, Op weg naar inzicht in de milieurisico's van gecombineerde blootstelling aan microplastics/nanomaterialen:onthulling van ZnO-transformaties na adsorptie aan polystyreenmicroplastics in milieuoplossingen, mondiale uitdagingen (2023). DOI:10.1002/gch2.202300036

Aangeboden door Diamond Light Source Ltd