Skittles: A Multicolor Flow Cytometric Workflow for High-Throughput Characterization of Micro- and Nano-plastics
L'article présente « Skittles », un flux de travail de cytométrie en flux multicolore à haut débit qui permet une caractérisation précise, standardisée et quantitative des micro- et nanoplastiques dans des suspensions liquides, offrant une discrimination par fluorescence, l'énumération et l'analyse de la distribution de taille, validées par microscopie et spectroscopie Raman.
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Le plastique est devenu une partie permanente du monde moderne, apprécié pour sa durabilité et sa légèreté, pourtant cette même résilience lui permet de persister dans l'environnement pendant des siècles. Une fois rejetés, ces matériaux ne disparaissent pas simplement ; ils se décomposent sous l'effet du soleil, du vent et des vagues en fragments de plus en plus petits. Si les débris visibles qui étouffent les plages et nuisent à la vie marine sont bien connus, une couche cachée de pollution existe sous la forme de particules microscopiques et nanoscopiques. Ces minuscules morceaux, souvent invisibles à l'œil nu, sont abondants dans les océans et les rivières, mais les scientifiques ont eu du mal à les compter ou à identifier leur composition car les méthodes actuelles sont lentes, exigeantes en main-d'œuvre et manquent souvent les particules les plus petites. Sans un moyen de mesurer rapidement et précisément cette pollution invisible, il reste difficile de comprendre l'ampleur réelle de la menace qu'elle fait peser sur les écosystèmes aquatiques.
Pour résoudre ce problème, des chercheurs de l'Université du Mississippi du Sud ont développé une nouvelle méthode appelée Skittles, un flux de travail conçu pour compter et identifier ces minuscules particules de plastique avec une rapidité et une précision remarquables. L'équipe s'est concentrée sur des particules allant de la taille d'un grain de sable jusqu'à la taille d'un virus, une échelle où les outils de comptage traditionnels échouent souvent. Le cœur de leur approche repose sur un colorant spécial qui adhère au plastique mais pas aux autres matériaux, faisant en sorte que le plastique brille intensément lorsqu'il est exposé à une lumière spécifique. En combinant ce colorant fluorescent avec une machine capable d'analyser des milliers de particules individuelles dans un flux liquide chaque seconde, les chercheurs ont créé un système qui agit comme un trieur à haute vitesse. Cette machine, connue sous le nom de cytomètre en flux, utilise des lasers pour détecter la lumière diffusée par chaque particule et la couleur spécifique de la lueur émise par le colorant, lui permettant de distinguer différents types de plastique et d'estimer leur taille sans avoir besoin de les examiner un par un au microscope.
Les chercheurs ont testé cette méthode en utilisant une variété de types de plastiques présents dans la nature, notamment le polyéthylène, le polystyrène, le polypropylène et le polyéthylène téréphtalate, qui sont courants dans les bouteilles, les emballages et les fibres synthétiques. Ils ont d'abord optimisé le processus pour s'assurer que le colorant fonctionnait parfaitement, en déterminant la quantité exacte à utiliser et la meilleure façon de préparer les échantillons pour que le plastique brille de manière constante. Ils ont découvert que le chauffage des échantillons aidait le colorant à se lier plus efficacement au plastique, renforçant ainsi le signal et le rendant plus fiable. Lors de leurs tests, la méthode s'est avérée très précise, récupérant plus de 100 pour cent des particules de plastique ajoutées à l'eau lors d'expériences contrôlées, et les comptages étaient cohérents avec très peu de variations. Pour s'assurer que la méthode ne comptait pas simplement le colorant lui-même ou d'autres débris, ils ont comparé les résultats à un comptage par microscope et à une technique d'analyse chimique appelée spectroscopie Raman, les deux confirmant que le nouveau flux de travail identifiait les bons matériaux.
Lorsque l'équipe a appliqué cette méthode à de l'eau de mer réelle collectée dans le Mississippi Sound, les résultats ont révélé une population de particules de plastique beaucoup plus dense que ce qui avait été estimé précédemment. L'eau contenait des centaines de particules dans chaque millilitre, un nombre nettement plus élevé que les rapports antérieurs qui se concentraient souvent uniquement sur les fragments plus grands et visibles. La méthode a identifié avec succès un mélange de types de plastiques, le polypropylène et le polystyrène étant les plus courants, et elle a été capable de mesurer la taille de ces particules, montrant qu'elles allaient de très petites nanoparticules à des microplastiques plus grands. Les chercheurs ont également testé la méthode sur des échantillons d'eau potable collectés dans des foyers, où elle a détecté des quantités de plastique faibles mais mesurables, démontrant sa sensibilité même dans de l'eau propre contenant très peu de particules. Crucialement, l'étude a montré que la présence d'algues ou d'autres matières organiques naturelles dans l'eau n'interférait pas de manière significative avec la capacité de compter le plastique, suggérant que la méthode est suffisamment robuste pour être utilisée dans des environnements naturels complexes.
La portée de ce travail réside dans sa capacité à transformer une tâche lente et difficile en un processus rapide et standardisé. Avant ce développement, la caractérisation de toute la gamme de la pollution plastique nécessitait plusieurs instruments et des jours de travail manuel, manquant souvent les particules les plus petites et les plus nombreuses. Le flux de travail Skittles permet à un seul instrument de gérer l'ensemble du travail, fournissant une image claire du nombre de particules présentes, de leur type de plastique et de leur taille. Bien que la méthode rapporte actuellement les tailles sur la base d'une comparaison avec des billes de plastique standard, ce qui est un moyen fiable d'estimer la taille pour des particules sphériques, les chercheurs notent que des travaux futurs seront nécessaires pour affiner ces estimations de taille pour les formes irrégulières et les différents types de plastique. Néanmoins, ce nouvel outil offre un moyen puissant de surveiller la couche invisible de la pollution plastique, fournissant les données nécessaires pour mieux comprendre les risques que ces particules font peser sur l'environnement et pour suivre l'évolution des niveaux de pollution au fil du temps.
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