Wetenschappers ontwikkelen ultraprecisie, efficiënte en flexibele techniek voor het tellen en analyseren van nanoplastics
De dreiging van nanoplastics voor de gezondheid van mens en milieu
Hoewel de bedreiging die microplastics vormen voor de menselijke en ecologische gezondheid goed gedocumenteerd is, zijn nanoplastics—die kleiner zijn dan één micrometer—veel reactiever, mobieler en beter in staat om biologische membranen te doorkruisen. Vanwege hun kleine formaat en hoge mobiliteit begrijpen onderzoekers echter nog niet precies hoe toxisch deze deeltjes zijn.
De eerste stap in het begrijpen van de toxicologie van nanoplastics is het ontwikkelen van een betrouwbaar, efficiënt en flexibel hulpmiddel dat niet alleen hun concentratie in een bepaald monster kan kwantificeren, maar ook kan analyseren welke specifieke soorten plastic dat monster bevat. Een internationaal team van wetenschappers, geleid door de Universiteit van Massachusetts Amherst, rapporteert in Nature Water over de ontwikkeling van een nieuw hulpmiddel, bekend als de OM-SERS-opstelling, die al deze functies heeft en bovendien kan worden gebruikt om specifieke concentraties en type nanoplastics in vaste monsters zoals grond, lichaamsweefsels en planten te detecteren.
Kunststof is een ongelooflijk duurzaam materiaal dat tot 500 jaar nodig kan hebben om af te breken. Naarmate plastic flessen, verpakkingen en onderdelen ouder worden, breken er kleine stukjes af. Deze microplastics zijn aangetroffen in alle hoeken van de wereld, van de top van de Mount Everest tot de diepten van de Mariana Trench, en volgens recente rapporten zijn ze aanwezig in het bloed, de hersenen en het hartweefsel van veel mensen.
Als dat nog niet erg genoeg is, kan elke individuele microplastic theoretisch worden afgebroken in 1 quadriljoen nanoplastic deeltjes, wat betekent dat er letterlijk ontelbare hoeveelheden nanoplastics in ons water, lucht en grond aanwezig zijn. Deze microplastics vormen een nog onbekende risico voor het milieu en de menselijke gezondheid, en ze veranderen ecosystemen over de hele wereld.
“Omdat nanoplastics zo klein zijn, hebben ze een veel groter totaal oppervlak en meer functionele groepen dan microplastics. Dit betekent dat meer van hen zich kunnen concentreren in water, grond en lichaamsweefsels,” zegt Baoshan Xing, hoogleraar Milieu- en Bodemchemie aan de Stockbridge School of Agriculture van UMass Amherst en een van de senior auteurs van het artikel. “Ze reizen gemakkelijker en kunnen op meer plaatsen in het milieu en in ons lichaam terechtkomen. En eenmaal op die plaatsen zijn ze reactiever, waardoor de chemicaliën en additieven die erin zitten gemakkelijker in hun omgeving kunnen lekken.”
Om toxicologen in staat te stellen te begrijpen hoe groot de dreiging van nanoplastics is, moeten ze eerst kunnen tellen hoeveel nanoplastics er in een monster aanwezig zijn en welke specifieke soorten plastic—elk met een andere chemische samenstelling—er zijn vertegenwoordigd. Xing, samen met zijn co-senior auteurs, Jian Zhao en Xiaofeng Shi van de Ocean University of China, ontwikkelden een methode genaamd “optische manipulatie en oppervlakte-versterkte Raman scattering,” of OM-SERS, die lasers, goud en water gebruikt. Het is de snelste, meest efficiënte en betrouwbare methode die tot nu toe is ontwikkeld om nanoplastics te tellen en te analyseren.
OM-SERS begint met een klein watermonster—slechts een paar milliliter—waarin Xing en Zhao goudnanodeeltjes plaatsen. Vervolgens schieten ze met een laser op de goudnanodeeltjes, en terwijl de goudnanodeeltjes opwarmen, trekken ze de nanoplastics aan die vrij in het monster drijven.
Wanneer alle verschillende nanoplastic deeltjes zich rond de goudstapel hebben verzameld, spoelt het team het monster met zuiver water, waardoor zouten of andere niet-plastische resten—zoals kleine en veelvoorkomende roetdeeltjes of natuurlijk opgeloste organische moleculen—worden weggespoeld. “Wat we achterlaten zijn de plastic deeltjes die zich rond een goudcentrum hebben verzameld,” zegt Zhao. “We kunnen dan een zeer gevoelige analyse ter plaatse uitvoeren, zonder het monster te verplaatsen, die ons zal vertellen welke soorten plastics we hebben en in welke concentraties.”
Niet alleen kan hun methode werken met kleine monsters, maar het kan ook worden gebruikt om nanoplastics in andere matrices te analyseren. “We hebben ons OM-SERS-systeem getest op monsters verzameld uit een rivier, een oceaan aquacultuurbedrijf en een strand,” zegt Xing, “maar zodra de monsters goed zijn verwerkt, kan het ook worden gebruikt om de concentratie en soorten nanoplastics in grond, plantweefsels of ons eigen lichaam te testen.”
