Se sei stato alla tua spiaggia locale, potresti aver notato il vento che agita i rifiuti come un sacchetto di patatine vuoto o una cannuccia di plastica. Queste materie plastiche spesso si fanno strada nell'oceano, che interessano non solo la vita marina e l'ambiente, ma minacciano anche la sicurezza alimentare e la salute umana.

Infine, molte di queste plastiche si scompongono in dimensioni microscopiche, rendendo difficile per gli scienziati quantificarli e misurarli. I ricercatori chiamano questi frammenti incredibilmente piccoli nanoplastiche e microplastiche perché non sono visibili ad occhio nudo. Ora, in uno sforzo multiorganizzativo guidato dal National Institute of Standards and Technology (NIST) e dal Joint Research Centre (JRC) della Commissione europea, i ricercatori si stanno rivolgendo a una parte inferiore della catena alimentare per risolvere questo problema.

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo che utilizza una specie marina che si nutre di filtri per raccogliere queste minuscole plastiche dall'acqua dell'oceano. Il team ha pubblicato i suoi risultati come uno studio di prova di principio sulla rivista scientifica Microplastiche e nanoplastiche .

La plastica è costituita da materiali sintetici noti come polimeri che di solito sono costituiti da petrolio e altri combustibili fossili. Ogni anno vengono prodotte più di 300 milioni di tonnellate di plastica, e 8 milioni di tonnellate finiscono nell'oceano. I tipi più comuni di plastica presenti negli ambienti marini sono il polietilene e il polipropilene. Il polietilene a bassa densità è comunemente usato nei sacchetti della spesa di plastica o negli anelli da sei confezioni per lattine di soda. Il polipropilene è comunemente usato in contenitori per alimenti riutilizzabili o tappi di bottiglia.

"La luce solare e altri processi chimici e meccanici fanno sì che questi oggetti di plastica diventino sempre più piccoli, " ha detto il ricercatore del NIST Vince Hackley. "Con il tempo cambiano la loro forma e forse anche la loro chimica".

Sebbene non esista una definizione ufficiale per queste nanoplastiche più piccole, i ricercatori generalmente li descrivono come prodotti artificiali che l'ambiente scompone in pezzi microscopici. In genere hanno le dimensioni di un milionesimo di metro (un micrometro, o un micron) o inferiore.

Queste minuscole plastiche pongono molti potenziali rischi per l'ambiente e la catena alimentare. "Man mano che i materiali plastici si degradano e diventano più piccoli, sono consumati da pesci o altri organismi marini come i molluschi. Attraverso quel percorso finiscono nel sistema alimentare, e poi in noi. Questa è la grande preoccupazione, " disse Hackley.

Per un aiuto nella misurazione delle nanoplastiche, i ricercatori si sono rivolti a un gruppo di specie marine note come tunicati, che elaborano grandi volumi di acqua attraverso i loro corpi per ottenere cibo e ossigeno e, involontariamente, nanoplastiche. Ciò che rende i tunicati così utili per questo progetto è che possono ingerire nanoplastiche senza alterare le forme o le dimensioni della plastica.

Per il loro studio, i ricercatori hanno scelto una specie tunicata nota come C. robusta perché "hanno una buona efficienza di ritenzione per micro e nanoparticelle, " ha affermato il ricercatore della Commissione europea Andrea Valsesia. I ricercatori hanno ottenuto esemplari vivi della specie nell'ambito di una collaborazione con l'Istituto di biochimica e biologia cellulare e l'istituto di ricerca Stazione Zoologica Anton Dohrn, sia a Napoli, Italia.

I tunicati sono stati esposti a diverse concentrazioni di polistirene, una plastica versatile, sotto forma di particelle di dimensioni nanometriche. I tunicati sono stati quindi raccolti e quindi sottoposti a un processo di digestione chimica, che separava le nanoplastiche dagli organismi. Però, durante questa fase alcuni composti organici residui digeriti dal tunicato erano ancora mescolati con le nanoplastiche, eventualmente interferire con la purificazione e l'analisi delle plastiche.

Così, i ricercatori hanno utilizzato un'ulteriore tecnica di isolamento chiamata frazionamento del flusso di campo a flusso asimmetrico (AF4) per separare le nanoplastiche dal materiale indesiderato. Le nanoplastiche separate o "frazionate" potrebbero quindi essere raccolte per ulteriori analisi. "Questo è uno dei maggiori problemi in questo campo:la capacità di trovare queste nanoplastiche e isolarle e separarle dall'ambiente in cui si trovano, " disse Valsesiano.

I campioni di nanoplastica sono stati quindi posizionati su un chip appositamente progettato, progettati in modo che le nanoplastiche formassero cluster, rendendo più facile rilevarli e contarli nel campione. Infine, the researchers used Raman spectroscopy, a noninvasive laser-based technique, to characterize and identify the chemical structure of the nanoplastics.

The special chips provide advantages over previous methods. "Normalmente, using Raman spectroscopy for identifying nanoplastics is challenging, but with the engineered chips researchers can overcome this limitation, which is an important step for potential standardization of this method, " said Valsesia. "The method also enables detection of the nanoplastics in the tunicate with high sensitivity because it concentrates the nanoparticles into specific locations on the chip."

The researchers hope this method can lay the foundation for future work. "Almost everything we're doing is at the frontier. There are no widely adopted methods or measurements, " said Hackley. "This study on its own is not the end point. It's a model for how to do things going forward."

Among other possibilities, this approach might pave the way for using tunicates to serve as biological indicators of an ecosystem's health. "Scientists might be able to analyze tunicates in a particular spot to look at nanoplastic pollution in that area, " said Jérémie Parot, who worked on this study while at NIST and is now at SINTEF Industry, a research institute in Norway.

The NIST and JRC researchers continue to work together through a collaboration agreement and hope it will provide additional foundations for this field, such as a reference material for nanoplastics. Per adesso, the group's multistep methodology provides a model for other scientists and laboratories to build on. "The most important part of this collaboration was the opportunity to exchange ideas for how we can do things going forward together, " said Hackley.