シリコンナノメンブレン分析パイプラインを用いた飲料水中のマイクロプラスチックのマルチモーダル分析

私たちの研究目標は、複数のサンプルタイプに存在するマイクロプラスチックの分析を改善し、それらの目的の粒子から生成されたデータを改善することです。現在のマイクロプラスチック分析法は、外因性汚染が導入されやすいです。ここで説明する方法は、移送ステップを排除し、この汚染の問題を軽減します。

私たちは、研究者が効率を高め、汚染を減らして目的の粒子のマルチモーダル分析を実施できるようにするシリコンナノメンブレンを利用したプロトコルを提供しています。マイクロプラスチックの分析は、利用される方法によってのみ効果的であり、光学、電子、分光イメージング技術を組み合わせることで、最大限の全体像が得られます。シリコンナノメンブレンは、これらの複数の分析を可能にします。

[ナレーター]まず、綿100%の白衣とニトリル手袋を着用します。99%イソプロピルアルコールを使用してニトリル手袋をスプレーし、手をよくこすり合わせ、約18メガオーム0.22マイクロメートルのろ過水ですすいでください。天然繊維のデリケートな作業用ワイプを四分の一に折り、70%イソプロピルアルコールをスプレーします。フードの表面を後ろから前に、長めに拭きます。デリケートな作業用ワイプを未使用の表面に2ストロークごとに折り直します。次に、ボンネットの表面にシリコンマットを転がして、残っている粒子を吸い取ります。シリコンローラーに99%イソプロピルアルコールをスプレーし、手袋をはめた手でこすります。ろ過水でローラーをすすいでください。洗浄プロセスを3回繰り返した後、ローラーをフード内で自然乾燥させます。超純水とイソプロピルアルコールを生成するには、ボンネットの下に18メガオームの水を1リットルのビーカーに入れます。60ミリメートルのシリンジをプライミングし、少なくとも200ミリリットルのろ過水をシリンジとフィルターアセンブリに押し込んで、0.22マイクロメートルのカットオフシリンジフィルターを取り付けます。次に、ガラススクリューキャップ容器をろ過水で3回すすぎ、シリンジでろ過された18メガオーム0.22マイクロメートルのろ過水で容器を満たします。超高純度イソプロピルアルコールを生成するために、水の代わりに所望の割合の濃度のイソプロピルアルコールを使用して、ビーカー充填シリンジのプライミングと容器のすすぎのステップを繰り返します。個人用保護具とニトリル手袋を着用してください。シリコンガスケットに超高純度99%イソプロピルアルコールをスプレーし、手袋をはめた指でガスケットをこすります。次に、ガスケットを超純水ですすいでください。まず、プロセスブランクを生成します。プライミングされたシリンジを利用して、30ミリリットルの超純水と30ミリリットルの空気を60ミリリットルのシリンジに取り込みます。シリンジフィルターをねじ込みます。シリンジを激しく振って、フィルターを通して液体と空気を分配します。3回すすぎた後、視覚的な組み立て図に従ってろ過装置を組み立てます。ろ過装置への真空をオンにして、フィルターディスクスタックを通る負の流れを作り出します。プロセスブランクのバックグラウンド汚染を測定するには、すすぎたシリンジを使用して、上部ディスクの中央にあるナノメンブレンに50ミリリットルの超純水をゆっくりと分注します。超純水をろ過させます。サンプルが乾いたら、真空を止めます。清潔なピンセットを使用して、フィルターディスクをガスケットから慎重に取り外し、ガラスのペトリ皿や暗い箱などの清潔なラベルの付いた容器に入れます。光学分析と粒子計数のために顕微鏡下でフィルターディスクを画像化します。実験用液体サンプルの場合は、追加の洗浄ガスケットとシリンジフィルターユニットを使用して、シリンジすすぎプロセスを繰り返します。次に、必要な量の新しいサンプルを取り込み、上部ディスクの中央にあるナノメンブレンの上にサンプルをゆっくりと分注します。サンプルのろ過が完了したら、メンブレンを1ミリリットルの超純水で3回すすいでください。ガラススクリューキャップ容器2個を超純水で3回すすいでください。清潔なガラス容器に超高純度99%イソプロピルアルコール中のナイル赤溶液1ミリリットルあたり0.1ミリグラムを調製します。容器を10回ゆっくりと反転させて溶液を混合します。ナイル赤溶液を2番目のガラススクリューキャップ容器にろ過します。染色するフィルターディスクを真空収集フラスコのサポートフリットに置き、0.1ミリリットルあたり0.1ミリグラムのナイル赤溶液20マイクロリットルをフィルターディスクの中央にあるナノメンブレンにピペットで入れます。染色液をナノメンブレン上で5分間インキュベートし、染色液を真空ろ過します。フィルターディスクを1ミリリットルの超高純度99%イソプロピルアルコールで3回すすいでください。余分なナイルレッドの染みを取り除きます。フィルターディスクを真空にした状態でサポートフリットに2分間置き、残留液体をろ過して乾燥させます。 それでも2分経っても乾かない場合は、清潔なガラスのペトリ皿を使用して摂氏70度のオーブンに2〜5分間移します。粒子定量化のために、シリコンガスケットを使用してフィルターディスクを顕微鏡スライドに固定し、顕微鏡ステージに移動します。明視野照明を使用してナノメンブレンを画像化し、最大検出カウントが検出器カメラの最大範囲の約90%になるようにします。蛍光照明を使用してナノメンブレンを画像化し、最大ピクセル強度が検出器カメラの最大範囲の約25%になるようにします。最後に、取得した画像を16ビットのコンポジットTIFFファイルとして保存します。裸の窒化ケイ素と金でコーティングされた窒化ケイ素ナノメンブレンは、特定の分析タイプに適していました。裸窒化ケイ素は透過ベースの光学技術や分光法に適しており、金コーティングされたシリコンナノ膜は反射ベースの技術に適していました。単一のシリコンナノメンブレンから生成された理想的なデータのカスケードが示されています。ナイルレッドで染色された疑わしいマイクロプラスチック粒子は、テストされた水道水サンプルが、8〜20ミクロンのサブフラクションと比較して、20ミクロンを超える粒子の数が有意に多かったことを示しました。830ナノメートルレーザーで収集したラマンスペクトルは、光学顕微鏡で分析した同じ粒子に対して高い相関係数を示しました。スペクトルは、粒子がポリエチレンで構成されていることを明らかにしました。走査型電子顕微鏡により、シリコンナノ膜に捕捉された粒子の詳細な形態学的特徴が明らかになりました。エネルギー分散型X線分光法分析により、主な粒子組成は主に炭素と窒素であることが示されました。これは、トリパンブルー染色の取り込みとともに、粒子が有機起源である可能性が高いことを示唆しています。最適ではないサンプル前処理では、不明瞭なデータが得られました。ナイルレッド染色の洗浄が不適切であると、粒子の同定が困難になり、相関係数の低い最適ではないラマンスペクトルが得られ、粒子の化学的同一性を確実に確認できないことが示唆されました。