Un nuovo studio condotto da un gruppo di ricerca di Diamond Light Source esamina come i rifiuti di microplastica possono interagire con i nanomateriali di ossido di zinco (ZnO) in scenari di acqua dolce e marina. Ha inoltre valutato, nelle stesse condizioni, una crema solare a base di ZnO e un detergente esfoliante con microsfere nella sua composizione.

I loro risultati confermano che le miscele di aggregati di zinco/micropolimeri venivano lisciviate/rilasciate naturalmente dai prodotti commerciali, rivelando preoccupanti implicazioni ambientali per i pesci e altri organismi acquatici nella catena alimentare che potrebbero inghiottire queste microplastiche e ingerire particelle di zinco allo stesso tempo.

Intitolato "Toward understanding the Environmental Risks of Combined Microplastics/Nanomaterials Exposures:Unveiling ZnO Transformations After Adsorption On Polystyrene Microplastics in Environmental Solutions", il lavoro è stato pubblicato su Global Challenges . Il team del sincrotrone nazionale del Regno Unito comprendeva una studentessa, Tatiana Da-Silva Ferreira, che era all'Università di Edimburgo nel programma di 12 settimane "Summer Placement" di Diamond.

Ciò consente agli studenti universitari che studiano per una laurea in Scienze, Ingegneria, Informatica o Matematica (che prevedono di ottenere una laurea con lode di prima o seconda classe) di acquisire esperienza lavorando in diversi team presso Diamond. L'autore principale, Miguel Gomez Gonzalez, scienziato della Diamond Beamline, ha elogiato Tatiana, che ora studia per un dottorato di ricerca. in Svizzera, per il suo contributo fondamentale all'avvio di questo progetto ambientale.

Spiegando l'impulso alla ricerca, Miguel ha affermato che tutti hanno visto come negli ultimi decenni si sia verificato un drammatico aumento nella produzione di nanomateriali ingegnerizzati (minuscole particelle circa 1000 volte più sottili di un capello umano), che ha inevitabilmente portato al loro rilascio nell'ambiente.

Allo stesso modo, l’ossido di zinco (ZnO) è tra i nanomateriali più abbondanti fabbricati grazie al suo utilizzo vantaggioso nell’elettronica, nei semiconduttori e per scopi antibatterici. Allo stesso tempo, i rifiuti di plastica sono diventati onnipresenti e possono scomporsi in pezzi più piccoli chiamati microplastiche.

Anche questi sono piccoli, ma circa 100 volte più grandi dei nanomateriali. Poiché entrambi questi elementi vengono smaltiti più spesso, hanno deciso di studiare il loro destino quando vengono potenzialmente combinati nelle acque dolci e negli oceani e per contribuire a rendere più accurate le valutazioni del rischio ambientale.

Per rendere il loro studio più rilevante per il mondo reale, il team ha testato una crema solare contenente ossido di zinco che viene comunemente utilizzata per bloccare le radiazioni UV. Hanno lasciato incubare la protezione solare nelle diverse soluzioni ambientali per una settimana e poi hanno aggiunto le microplastiche per un giorno. L'obiettivo era verificare se l'ossido di zinco potesse fuoriuscire dalla protezione solare e attaccarsi a queste microplastiche.

Hanno anche seguito la stessa procedura con uno scrub viso contenente minuscole perle di plastica. I risultati hanno mostrato chiaramente che l'ossido di zinco (puro o lisciviato dalla protezione solare) si è attaccato alla microplastica in entrambi i casi, rivelando che ciò potrebbe potenzialmente verificarsi anche nei nostri fiumi e oceani.

Gonzalez commenta:"La capacità dell'ossido di zinco, sia nanomateriali puri che quelli rilasciati da una crema solare, di aderire a pezzi di plastica molto piccoli ha grandi implicazioni. Queste plastiche possono anche provenire da oggetti di uso quotidiano come detergenti esfolianti per il viso. In questo studio, abbiamo hanno scoperto che le microplastiche possono trasportare particelle di zinco ancora più piccole da un posto all'altro. Di conseguenza, i pesci o altri organismi acquatici potrebbero ingoiare queste microplastiche, ingerendo allo stesso tempo particelle di zinco."

"Dobbiamo capire come cambia questo ossido di zinco ingegnerizzato quando entra nelle acque dolci e quanto di esso può attaccarsi ai piccoli rifiuti di plastica. Questo è importante per sensibilizzare tutti, dalle persone che producono questi prodotti a coloro che li regolamentano, riguardo al potenziali danni che potrebbero arrecare al nostro ambiente. Sono necessarie regole migliori per la gestione dei rifiuti, soprattutto relativi a particelle minuscole come queste."

"Mentre continuiamo a produrre sempre più di queste micro e nanoparticelle, il loro effetto sul nostro ambiente continuerà a crescere. Poiché sono così durevoli, possono rappresentare un rischio per diversi organismi e, alla fine, persino farsi strada nel nostro cibo. Questo è qualcosa che semplicemente non possiamo permetterci di ignorare."

Parlando del contributo della studentessa Summer Placement 2021, Tatiana Miguel ha sottolineato le enormi opportunità offerte agli studenti dai programmi di studio Diamond.

"Tatiana ha fatto un ottimo lavoro nell'ottimizzare le condizioni per la stabilizzazione di 7 giorni dei nanomateriali, seguita dall'incubazione di 24 ore di microplastiche e nanomateriali. Inoltre, ha migliorato il protocollo di filtraggio e l'isolamento delle microplastiche dopo il periodo di incubazione. Allo stesso modo , ha eseguito l'analisi preliminare al microscopio elettronico a scansione che ha rivelato l'assorbimento di nanomateriali nelle superfici di plastica. Pertanto, il suo contributo è stato fondamentale per il successo complessivo di questo progetto rilevante dal punto di vista ambientale," ha aggiunto Gonzalez.

Miguel ha ringraziato Gonzalez e Diamond dicendo:"Questa esperienza ha davvero approfondito il mio interesse per la chimica ambientale e la ricerca accademica. Mi ha anche dato abbastanza background e fiducia per conseguire il mio master e ora il mio dottorato. Sono davvero felice di aver potuto lavorare su un progetto così interessante e ancora più felice che tu abbia scelto di approfondirlo."

Il team ha preso alcune particelle di ossido di zinco puro (di dimensioni comprese tra 80 e 200 nm) e le ha incubate in diversi tipi di soluzioni ambientali per una settimana, consentendo la loro naturale stabilizzazione. Li hanno poi mescolati con piccole microsfere di polistirene (~900 mm di diametro, circa le dimensioni di un granello di sabbia) e li hanno mescolati insieme per un giorno.

Dopo aver lavato e risciacquato le microplastiche, hanno scoperto che l’ossido di zinco veniva adsorbito sulle superfici di plastica. Ciò è stato osservato al microscopio elettrico a scansione, utilizzando un microscopio molto potente. Ciò ha confermato che le microplastiche e l'ossido di zinco possono interagire nei nostri corpi idrici, il che potrebbe influire sul loro impatto sull'ambiente.

Il team ha poi esaminato queste microplastiche ricoperte di ossido di zinco utilizzando i raggi X generati presso la Diamond Light Source, una struttura con acceleratore di elettroni. La linea di luce I14 di Diamond può modellare i raggi X in dimensioni nanometriche, rendendola una delle migliori al mondo per questo tipo di lavoro dettagliato. La rapida scansione dei campioni attorno al fascio di raggi X nanometrici ha consentito di catturare immagini dettagliate di ciascun elemento contenuto nei campioni da parte del rilevatore di fluorescenza.

Oltre a questo lavoro, è stata applicata un’altra tecnica a raggi X chiamata spettroscopia della struttura vicina al bordo di assorbimento dei raggi X (XANES) per verificare che tipo di cambiamenti chimici erano avvenuti all’ossido di zinco durante l’adsorbimento sulle microplastiche e dopo una settimana di incubazione in acque dolci.

Gonzalez aggiunge:"Abbiamo scoperto che l'ossido di zinco si era trasformato in diversi tipi di particelle legate allo zinco. Alcune di queste nuove particelle (solfuro di zinco) si sono formate rapidamente, mentre altre si sono formate più lentamente ma erano più stabili (fosfato di zinco). . Ciò rivela preziose informazioni su come si comporta l'ossido di zinco quando è nell'ambiente."

Ulteriori informazioni: Miguel A. Gomez‐Gonzalez et al, Verso la comprensione dei rischi ambientali delle esposizioni combinate a microplastiche/nanomateriali:svelare le trasformazioni di ZnO dopo l'adsorbimento su microplastiche di polistirene in soluzioni ambientali, Sfide globali (2023). DOI:10.1002/gch2.202300036

Fornito da Diamond Light Source Ltd