דגימה, מיון של אפיון Microplastics בסביבות מימיות עם המון משקעים מושעה גבוהה ופסולת צף גדול
28 ביולי 2018
רוב המחקרים microplastic לתאריך אירעה במערכות ימיות איפה מושעה מוצקים רמות נמוכות יחסית. המוקד עכשיו הסטה ל מערכות מים מתוקים, אשר ייתכן כוללים המון משקעים גבוהה ופסולת צף. פרוטוקול זה מטפל איסוף וניתוח microplastic דגימות סביבות הימית המכילים גבוהה המון מוצק על תנאי.
שיטה זו תעזור לחוקרים לכמת עומסי מיקרופלסטיק בנהרות, המכילים לעתים קרובות עומסי משקעים גבוהים, מכיוון שהם מקור עיקרי לפסולת פלסטיק לאוקיינוס. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת סינון ומיון של מיקרופלסטיק ודגימות מים עם עומסי משקעים גבוהים בגדלים שלא נכללו בדרך כלל במחקרים קודמים. כדי להתחיל, שטפו את מכשיר הסינון ואת מסננות רשת הניילון שלוש פעמים במים נטולי יונים.
לאחר מכן הניחו את מסננות הרשת בכל מפרק איחוד, כאשר מידות המזיגה יורדות מלמעלה למטה. כדי למנוע דליפות, אטום כל מפרק בחוזקה. לאחר מכן הרטיבו מסנן קרום אסטר תאית מעורב במים נטולי יונים.
בזמן שהמסנן עדיין לח, קפלו אותו לקונוס. לאחר מכן הנח סל רשת נירוסטה במפרק האיחוד האחרון. הנח בזהירות את מסנן הממברנה המקופל לתוך הסל.
קפלו את שפת המסנן מעל קצה המפרק. לאחר מכן, הניחו מסננת רשת על גבי פילטר הממברנה במפרק האיחוד האחרון. ודא שכל מפרקי האיחוד אטומים היטב.
לאחר מכן חבר את הצינור מהחלק העליון של בקבוק הסינון לבסיס מכשיר הסינון. הפעל את משאבת הוואקום וודא שהלחץ לא יעלה על 127 מיליליטר כספית. בעזרת גליל מדורג של 500 מיליליטר מודדים את הנפח הכולל של הדגימה.
לאחר מכן, רשום את נפח הדגימה והעביר אותה למכשיר הסינון. כדי לרוקן את בקבוק הסינון, כבה את המשאבה ונתק את שני הצינורות מהבקבוק. ואז רוקן את הבקבוק למיכל פסולת.
כדי להמשיך במחזור הסינון חבר מחדש את הצינורות והפעל את המשאבה. לאחר סינון הדגימה כולה, השתמש במים נטולי יונים כדי לשטוף את מיכל הדגימה ואת הגליל המדורג שלוש פעמים. לאחר כל שטיפה מסננים את המים נטולי היונים המשמשים לשטיפת המיכל והגליל המדורג.
בעזרת מים נטולי יונים יש לשטוף את קירות מכשיר הסינון שלוש פעמים. לאחר מכן כבה את משאבת הוואקום והשתמש בבקבוק שטיפת מים נטול יונים כדי לשטוף את שולי מפרק האיחוד. כבה את המשאבה והשתמש במלקחיים כדי להסיר את מסננת הרשת ממפרק האיחוד.
מניחים את המסננת בצלחת פטרי מכוסה ומייבשים אותה בחום של 60 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות. חזור על תהליך זה עבור כל מפרק איחוד. לאחר מכן הפעל את משאבת הוואקום ושטוף את הקצוות של פילטר ממברנה באמצעות בקבוק שטיפת מים נטול יונים.
שטפו את החלקיקים בשולי המסנן למרכז, וודאו שכל המים עוברים דרך המסנן. לאחר מכן, השתמש במלקחיים כדי להסיר ולפרוש את מסנן הממברנה. מניחים את המסנן במעטפת נייר כסף ומייבשים בחום של 60 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות.
ראשית בדוק את מסנן הממברנה תחת מיקרוסקופ סטריאו. לפלסטיק החשוד לא יהיה מבנה סלולרי. הסיבים יהיו בעלי עובי שווה לאורך כל הדרך, והחלקיקים לא ייראו מבריקים.
הסר פלסטיק חשוד מהפילטר והנח אותם בבקבוקון איסוף המכיל 70% אתנול. רשום את הצבע והצורה של כל פלסטיק חשוד. עבור מסננות רשת ניילון המאוחסנות בכלי פטרי לאחר שכל הפלסטיק החשוד הוסר מהמסנן, בדוק את המכסה והתחתית של צלחת הפטרי לאיתור פלסטיק חשוד נוסף.
כדי לאמת פרוטוקול זה, שלוש דגימות ממפרץ אוסו הוכנסו ל-10 חלקיקי פוליאתילן כחולים ו-50 סיבי ניילון ירוקים. בממוצע, 100% מחלקיקי הפוליאתילן ו-92% מסיבי הניילון נמצאו מהדגימות. אובדן הסיבים עשוי לנבוע מכמות קטנה של אובדן דגימה במהלך הסינון או זיהוי שגוי.
לאחר השליטה ניתן להפעיל מספר מכשירי סינון בו זמנית עם דגימות שלוקחות פחות משעתיים כל אחת לסינון. עם זאת, זמני מיון הדגימה תחת המיקרוסקופ הם ספציפיים לדגימה. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לקחת בחשבון זיהום פוטנציאלי באמצעות ציוד מעבדה וחסר שדה עבור כל שלב בתהליך.
בעקבות הליך זה ניתן להשתמש בשיטות אחרות כמו ספקטרוסקופיה אינפרא אדום פורייה טרנספורמציה כדי לאמת את תכונות החומר. עם פיתוחה טכניקה זו מאפשרת לחוקרים החוקרים מזהמים סביבתיים לחקור זיהום מיקרופלסטיק ונתיבי מים עם עומסי משקעים תלויים גבוהים, כמו גם פסולת צפה ושקועה.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
פרוטוקול זה עוסק באיסוף ובניתוח של דגימות מיקרופלסטי ממערכות מים מתוקים, המכילות לעיתים קרובות עומסי משקעים גבוהים. הוא מאפשר לחוקרים לכמת את עומסי המיקרופלסטי בנהרות, המהווים מקור משמעותי לפסלתי פלסטיק המגיעים לאוקיינוס.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדע הסביבה
- אקולוגיה של מים מתוקים
- מחקר זיהום
רקע
- מחקרים על מיקרופלסטיקה התמקדו בעיקר במערכות ימיות.
- במערכות מים מתוקים עשויים להיות עומסי משקעים גבוהים ושיירי פסולת צפים.
- הבנת הפצת המיקרופלסטיקה בנהרות היא קריטית לבריאות הסביבה.
- מחקר זה נועד למלא את הפער בידע בנוגע למיקרופלסטיקה במים מתוקים.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה לאיסוף דגימות מיקרופלסטי מנהרות.
- ניתוח השפעת עומסי משקעים גבוהים על כימות המיקרופלסטי.
- אספקת פרוטוקול סטנדרטי למחקרים עתידיים בסביבות מים מתוקים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- שטפו את התקני הסינון ואת נשאי הרשת מנילון במים דאיוניים.
- השתמשו בגדלי רשת יורדים בחיבורי האיחוד כדי לסנן את הדגימות.
- אטמו את החיבורים היטב כדי למנוע דליפות במהלך הסינון.
- הרטיבו מסנן ממבנה של ממבנה תאית מעורב (mixed cellulose ester) במים דאיוניים.
תוצאות עיקריות
- השיטה מאפשרת סינון יעיל של מיקרו-פלסטיקה בסביבות בעלות משקעים גבוהים.
- חוקרים יכולים לכמת עומסי מיקרו-פלסטיקה בגדלים שאינם נכללים בדרך כלל במחקרים קודמים.
- התוצאות תורמות להבנת ההסעה של פלסטיקה מנהרות לאוקיינוסים.
- טכניקה זו משפרת את הדיוק של מחקרי מיקרו-פלסטיקה במערכות מים מתוקים.
מסקנות
- הפרוטוקול שפותח יעיל לניתוח מיקרופלסטיק במערכות מים מתוקים.
- הוא נותן מענה לאתגרים הנובעים מעומסים גבוהים של משקעים.
- מחקרים עתידיים יכולים להשתמש בשיטה זו כדי להעמיק את חקירת זיהום המיקרופלסטיק במים מתוקים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית ניהולית
פרוטוקול זה מאפשר לצוותי מו"פ בביופארמה להעריך זיהום של מיקרו-פלסטיקה בסביבות מימיות הרלוונטיות למקורות מים עבור תהליכי ייצור ופורמולציה. באמצעות לכידת חלקיקים בגודל <300 µm בתנאים של משקעים גבוהים, הוא תומך בהערכת סיכונים של זיהומים חלקיקיים במים המשמשים לייצור תרופות, לניקוי או למערכות קירור. השיטה מגבירה את הביטחון החזוי בתוכניות ניטור סביבתי הקשורות לפעילויות סמוכות ל-GMP ולחוסן שרשראות האספקה.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר חקירה של נתיבי עיכוב תאיים המונחים על ידי חלקיקים in vitro באמצעות תערובות מיקרופלסטיק הרלוונטיות לסביבה.
- ערך תפעולי: מספק בידוד סטנדרטי של חלקיקים בגודל נמוך מ-300 µm לסריקה טוקסיקולוגית במסכי גילוי.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מייצר פракציות מדידות של מיקרופלסטיק לצורך פרופיל תגובה-מנה בבדיקות סריקה פנוטיפיות.
- ערך תפעולי: מבטיח הכנה הדירה של דגימות ממקורי מים משתנים, ובכך מפחית רעש במדידה הנובע מהפרעות של משקעים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: תומך בהפחתת סיכונים מכניסטית על ידי קישור מודלים של חשיפה סביבתית להצטברות ספציפית לאיברים ולנקודות סוף דלקתיות.
- ערך תפעולי: מאפשר השוואה בין מחקרים שונים של עומס מיקרו-פלסטיק במודלים פרה-קליניים של מחלות באמצעות אפיון עקבי של הגודל והפולימר.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד
השיטה משתלבת בתהליכי עבודה של הערכת סיכונים סביבתיים, ומספקת מידע לקבלת החלטות בשלבי הפיתוח המוקדמים של פורמולציות ולאסטרטגיות למיקום מתקנים, באמצעות אפיון העומסים החלקיקיים בנקודות ספיגת מי התהליך.
- ביולוגיה של גילוי: מספקת חלקיקים וסיבים של מיקרופלסטיק מאופיינים לבדיקת השערות על שלמות הממברנה ומנגנוני עקה חמצונית.
- סריקה: מספקת דגימות מופרדות לפי גודל המאפשרות סריקה אמינה ובעלת תפוקה גבוהה של אינטראקציות בין חלקיקים לתאים.
- אנליטיקה: מספקת זיהוי ספציפי לפולימר באמצעות micro ATR-FTIR, המאפשר להסיק קשר בין סוג הפלסטיק לתגובה הביולוגית.
- מחקר תרגומי: מקשר בין נתוני חשיפה סביבתית למודלים פרה-קליניים באמצעות מדדי התאושיה ומינון חלקיקים סטנדרטיים.
- שימוש חוזר ארגוני: נפחי סינון וגודלי רשת הניתנים להתאמה מאפשרים פריסה במספר אתרים ובמקורות מים שונים באמצעות נהלי עבודה סטנדרטיים (SOPs).
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מפחית עמימות מכניסטית במחקרי רעלים סביבתיים על ידי אספקת תכשירי מיקרופלסטיק המוגדרים כימית ופיזית.
- ערך תפעולי: משיג התאוששות של 100% עבור חלקיקי פוליאתילן ו-92% עבור סיבי ניילון, מה שמבטיח כימות מהימן לניטור ארוך טווח.
- ערך אסטרטגי: מספק מידע להקצאת הון לשדרוגי טיהור מים על ידי זיהוי אתגרים של חלקיקים עמידים במי המקור.
- השפעה על תיק הפיתוח: תומך בהחלטות קידום מותאמות סיכון על ידי כימות עומס המיקרופלסטיק במים המשמשים לתרבית תאים או להכנת באפר.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בטכניקות סינון, מיקרוסקופיה וזיהוי פולימרים באמצעות ATR-FTIR.
- תלוי במשאבות ואקום, משורות ומכשירי סינון מותאמים אישית עם מחברי איחוד ומסנני רשת.
- מחייב פרוטוקולים סטנדרטיים של שטיפה וייבוש כדי למנוע זיהום צולב בין דגימות.
- חובה להביא בחשבון אובדן סיבים במהלך הטיפול ולתקף את ההשבה באמצעות בקרות עם תוספת (spiked controls) עבור כל סבב דגימות.
- הסתגלות לקצבי זרימה קיצוניים או לתנאי ביו-לכלוך (biofouling) עשויה לדרוש שלבי קדם-טיפול שאינם מפורטים במקור.
