Skittles: A Multicolor Flow Cytometric Workflow for High-Throughput Characterization of Micro- and Nano-plastics
Het artikel introduceert "Skittles", een hoogdoorvoegende, multicolor flowcytometrische workflow die een nauwkeurige, gestandaardiseerde en kwantitatieve karakterisering van micro- en nanoplastics in vloeibare suspensies mogelijk maakt, waarbij fluorescentiegebaseerde discriminatie, enumeratie en grootteverdelingsanalyse worden geboden, gevalideerd tegenover microscopie en Raman-spectroscopie.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Plastic is een permanent onderdeel van de moderne wereld geworden, gewaardeerd om zijn duurzaamheid en lichtheid, maar diezelfde veerkracht zorgt ervoor dat het eeuwenlang in het milieu kan blijven bestaan. Eenmaal weggegooid, verdwijnen deze materialen niet zomaar; ze breken onder invloed van zon, wind en golven af in steeds kleinere fragmenten. Terwijl het zichtbare afval dat stranden verstikt en het leven in de oceaan schaadt goed bekend is, bestaat er een verborgen laag vervuiling in de vorm van microscopische en nanoscopische deeltjes. Deze minuscule stukjes, vaak onzichtbaar voor het blote oog, zijn overvloedig aanwezig in oceanen en rivieren, maar wetenschappers hebben moeite gehad om ze te tellen of hun samenstelling te identificeren omdat huidige methoden traag, arbeidsintensief zijn en vaak de kleinste deeltjes volledig missen. Zonder een manier om deze onzichtbare vervuiling snel en nauwkeurig te meten, blijft het moeilijk om de werkelijke omvang van de dreiging die het vormt voor aquatische ecosystemen te begrijpen.
Om dit probleem op te lossen, hebben onderzoekers aan de University of Southern Mississippi een nieuwe methode ontwikkeld genaamd Skittles, een workflow die ontworpen is om deze minuscule plastic deeltjes met opmerkelijke snelheid en precisie te tellen en te identificeren. Het team richtte zich op deeltjes variërend van de grootte van een zandkorrel tot de grootte van een virus, een schaal waarop traditionele meetinstrumenten vaak tekortschieten. De kern van hun aanpak omvat een speciale kleurstof die aan plastic hecht maar niet aan andere materialen, waardoor het plastic helder oplicht wanneer het wordt blootgesteld aan specifiek licht. Door deze lichtgevende kleurstof te combineren met een machine die duizenden individuele deeltjes per seconde in een vloeistofstroom kan analyseren, creëerden de onderzoekers een systeem dat werkt als een snelle sorteerder. Deze machine, een zogenaamde flowcytometer, gebruikt lasers om het licht te detecteren dat door elk deeltje wordt verstrooid en de specifieke kleur van de gloed die de kleurstof uitzendt, waardoor het onderscheid kan maken tussen verschillende soorten plastic en hun grootte kan schatten zonder dat elk deeltje onder een microscoop bekeken hoeft te worden.
De onderzoekers testten deze methode met een verscheidenheid aan plastictypen die in de natuur voorkomen, waaronder polyethyleen, polystyreen, polypropyleen en polyethyleentereftalaat, die veel voorkomen in flessen, verpakkingen en synthetische vezels. Ze optimaliseerden eerst het proces om ervoor te zorgen dat de kleurstof perfect werkte, waarbij ze bepaalden hoeveel er gebruikt moest worden en de beste manier vonden om de monsters voor te bereiden, zodat het plastic consistent zou oplichten. Ze ontdekten dat het verwarmen van de monsters hielp om de kleurstof effectiever te laten binden aan het plastic, waardoor het signaal sterker en betrouwbaarder werd. Toen ze hun tests uitvoerden, bleek de methode zeer nauwkeurig; ze herstelden meer dan 100 procent van de plastic deeltjes die ze in gecontroleerde experimenten aan het water hadden toegevoegd, en de tellingen waren consistent met zeer weinig variatie. Om er zeker van te zijn dat de methode niet alleen de kleurstof zelf of ander puin telde, vergeleken ze de resultaten met een telling via een microscoop en een chemische analysemethode genaamd Raman-spectroscopie, die beide bevestigden dat de nieuwe workflow de juiste materialen identificeerde.
Toen het team deze methode toepaste op echt zeewater verzameld uit de Mississippi Sound, onthulden de resultaten een veel dichtere populatie plastic deeltjes dan eerder werd geschat. Het water bevatte honderden deeltjes in elke milliliter, een aantal dat aanzienlijk hoger is dan eerdere rapporten, die zich vaak alleen concentreerden op grotere, zichtbare fragmenten. De methode identificeerde succesvol een mix van plastictypen, waarbij polypropyleen en polystyreen het meest voorkwamen, en het was in staat om de grootte van deze deeltjes te meten, waarbij werd aangetoond dat ze varieerden van zeer kleine nanodeeltjes tot grotere microplastics. De onderzoekers testten de methode ook op drinkwatermonsters verzameld bij huishoudens, waarbij het lage maar meetbare hoeveelheden plastic detecteerde, wat de gevoeligheid zelfs in schoon water met zeer weinig deeltjes aantoont. Cruciaal was dat de studie aantoonde dat de aanwezigheid van algen of andere natuurlijke organische stoffen in het water de mogelijkheid om het plastic te tellen niet significant verstoorde, wat suggereert dat de methode robuust genoeg is voor gebruik in complexe natuurlijke omgevingen.
De betekenis van dit werk ligt in het vermogen om een trage, moeilijke taak te veranderen in een snel en gestandaardiseerd proces. Vóór deze ontwikkeling vereiste het karakteriseren van het volledige bereik van plasticvervuiling meerdere instrumenten en dagen aan handmatig werk, waarbij de kleinste en meest talrijke deeltjes vaak werden gemist. De Skittles-workflow stelt een enkel instrument in staat om de hele klus te klaren, waarbij een duidelijk beeld wordt gegeven van hoeveel deeltjes aanwezig zijn, wat voor soort plastic het is en hoe groot ze zijn. Hoewel de methode momenteel de grootte rapporteert op basis van een vergelijking met standaard plastic kraaltjes, wat een betrouwbare manier is om de grootte voor bolvormige deeltjes te schatten, merken de onderzoekers op dat toekomstig werk nodig zal zijn om deze grootte-inschattingen voor onregelmatige vormen en verschillende plastictypen te verfijnen. Desalniettemin biedt dit nieuwe hulpmiddel een krachtige manier om de onzichtbare laag plasticvervuiling te monitoren, en levert het de gegevens die nodig zijn om de risico's die deze deeltjes aan het milieu vormen beter te begrijpen en om te volgen hoe de vervuilingsniveaus in de loop van de tijd veranderen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.