Los científicos de UC San Diego están trabajando para comprender la degradación del plástico en el océano, partículas particularmente más pequeñas llamadas microplásticos y microfibras relacionadas.

El biólogo marino Dimitri Deheyn, investigador asociado de la Institución Scripps de Oceanografía, está trabajando en un enfoque doble para estos micromateriales. Él y la investigadora postdoctoral Sarah-Jeanne Royer están monitoreando las microfibras en todo el mundo para comprender mejor cómo estas fibras ingresan y se propagan en el medio ambiente. al mismo tiempo que se asocia con la industria para identificar posibles vías para limitar la contaminación plástica y desarrollar estrategias de remediación.

Si bien el algodón es una fibra natural, la mayoría de las microfibras son sintéticas y muchas a base de petróleo, haciéndolos una forma de microplástico. Debido a su capacidad para absorber grandes cantidades de agua y sus propiedades químicas únicas de unión, se pueden encontrar en muchos textiles, incluyendo ropa y paños de limpieza, y se definen por su naturaleza ultrafina (más delgada que incluso una hebra de seda). Estas fibras se desprenden del medio ambiente cuando se lavan los textiles y con el uso diario, y se están convirtiendo en una preocupación creciente entre científicos y ambientalistas.

Deheyn, un experto en luz biológica, color y toxicología, se interesó en la investigación de microfibras después de descubrir que estos materiales emiten fluorescencia en las condiciones de imagen utilizadas en su laboratorio. Deheyn usa el cambio de color o la luz producida por los organismos como un indicador temprano de estrés (de la misma manera que las personas se ponen pálidas cuando comienzan a enfermarse), especialmente tras la exposición a contaminantes convencionales como metales traza o cambios ambientales relacionados con el cambio climático. En los últimos años, Deheyn ha notado un número creciente de fibras brillantes en sus imágenes.

"Cuando vi estas fibras brillando con fluorescencia en mis muestras, mi primera reacción fue limpiar las lentes de mi microscopio, pero me di cuenta de que estas fibras eran en realidad parte de mi muestra, "dijo Deheyn.

Él y los investigadores de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego han estado usando fluorescencia para desarrollar nueva tecnología para detectar microplásticos filtrados de muestras de agua.

El laboratorio de Deheyn ha tomado un nuevo enfoque en plásticos y sus derivados. Royer trabajó durante cuatro años en este tema global en la Universidad de Hawaii, donde construyó fuertes colaboraciones con científicos, ONG, y la comunidad local. Se especializa en las emisiones de gases de efecto invernadero del plástico al medio ambiente, degradación plástica, el destino y las rutas de los desechos marinos y el parche de basura del Pacífico norte.

La NOAA define los microplásticos como cualquier partícula de plástico que tenga menos de cinco milímetros de longitud. Estas minúsculas partículas son el resultado de la descomposición de materiales sintéticos y plásticos más grandes, y son de creciente preocupación para los funcionarios ambientales y de salud pública que se preocupan por los impactos de comer pescado y otros mariscos que han ingerido microplásticos. Sin embargo, los investigadores todavía están aprendiendo sobre el alcance y el impacto de estas partículas en los ecosistemas y en los seres humanos.

Una nueva técnica para observar contaminantes

La observación de Deheyn de los contaminantes fluorescentes condujo a nuevas oportunidades. La técnica de observación, desarrollado por la estudiante graduada de ingeniería Jessica Sandoval, se llama Identificador Automatizado de Microplásticos (AMI). El protocolo tiene como objetivo reemplazar el conteo manual a ojo con procesos de automatización que identifican las fibras. Los investigadores primero toman imágenes de los filtros bajo iluminación ultravioleta, para que el plástico tenga fluorescencia. Sandoval desarrolló un software para cuantificar la cantidad de plástico en cada filtro y también para generar información de las características de los plásticos mediante el reconocimiento de imágenes.

"Es un primer paso emocionante, el uso de tecnologías de automatización para ayudar con el monitoreo de este contaminante marino prevalente, "dijo Sandoval, quien comenzó a desarrollar esta tecnología como estudiante de pregrado. "Con estas tecnologías, podemos procesar más fácilmente muestras de todo el mundo y generar una mejor comprensión de la distribución de microplásticos ".

Muestras de todo el mundo

Esta tecnología ya ha sido utilizada por investigadores para analizar muestras de agua de todo el mundo como parte de los esfuerzos de Deheyn para comprender la presencia global de microfibras. Hasta aquí, ha descubierto que las microfibras se pueden encontrar en muestras de todo el mundo, incluso desde arriba del Círculo Polar Ártico. Este esfuerzo de monitoreo global los ha llevado a asociarse con Greenpeace, el barco Draken Viking Kings, el Club de Jóvenes Exploradores, Aventura Canadá, y muchas otras iniciativas, incluida la expedición de Seeker Media "The Swim" para recolectar muestras en el Pacífico Norte, incluyendo el parche de basura del Pacífico Norte que será parte de su próxima expedición llamada "The VORTEX swim".

"Con el tiempo queremos proporcionar un mapa de distribución de microfibras en todo el mundo, para que las personas, y lo más importante, los administradores de recursos marinos, puedan evaluar mejor el efecto de estos pequeños materiales sintéticos presentes en nuestros alimentos, ", dijo Deheyn." Nuestra esperanza es que esto se convierta en un proyecto mundial de ciencia ciudadana, con la ayuda de AMI y las colaboraciones de ciencia ciudadana que Royer construyó durante los últimos diez años ".

Aparte de medir estos microtextiles a partir del agua, aire, y muestras de sedimentos, Uno de los sellos distintivos del trabajo de Deheyn y Royer consiste en analizar muestras de agua tomadas del muelle de Scripps durante 50 años. Estas muestras, recopilado por primera vez en la década de 1970, se analizan para determinar la concentración de microfibras con el fin de determinar cómo las cantidades de esta contaminación han cambiado con el tiempo. Esta investigación también mostrará qué tipos de fibras son las menos biodegradables, y en qué período de los últimos 50 años esta contaminación se hizo notoria.

"Es muy emocionante tener acceso a una colección tan asombrosa de muestras de agua que se han recolectado a lo largo de los años en Scripps, ", dijo Royer." Esto nos da una oportunidad única de retroceder en el tiempo y ver realmente el inicio de la contaminación textil global que, lamentablemente, es tan dominante en estos días ".

Colaboraciones de la industria

La contraparte de su investigación incluye trabajar en vías paralelas de colaboración con la industria para proporcionar una evaluación independiente sobre la investigación de microfibras; por ejemplo, comprender cómo se degradan las fibras y las microfibras, y explorar nuevas opciones sostenibles. A través de la iniciativa BEST, una plataforma fundada por Deheyn que facilita la interacción entre la industria y la academia para brindar un espacio de colaboración, Actualmente, Royer está probando la degradabilidad de las fibras celulósicas en relación con las sintéticas. La clave aquí fue adquirir fibras de materia prima creadas a partir de procesos químicos populares que, en última instancia, podrían afectar la biodegradabilidad de la fibra. que se ha implementado con éxito con productores de fibra como el Grupo Lenzing.

Royer está probando la biodegradabilidad de las fibras celulósicas crudas y las que se han procesado más, como ocurriría más adelante en la cadena de suministro, a través de experimentos en el laboratorio, pero también en el muelle de Scripps. Allí, Los materiales de fibra están sujetos a condiciones ambientales marinas reales. Los investigadores esperan abordar dos preguntas fundamentales:qué materiales vírgenes se degradan en el medio marino, y qué proceso en la cadena de suministro altera la degradación de los textiles. Para abordar la segunda pregunta, el equipo está trabajando para asociarse con otras empresas de la cadena de valor, como los productores de ropa para exteriores, para realizar más investigaciones.

Los estudios de Deheyn y Royer siguen una historia de investigación de plásticos en Scripps. Del 2 al 21 de agosto de 2009, un grupo de estudiantes de doctorado y voluntarios de investigación de Scripps se embarcó en una expedición explorando el Pacífico Garbage Patch. La expedición Scripps Environmental Accumulation of Plastic (SEAPLEX) se centró en la acumulación de desechos plásticos y cómo afecta a la vida marina.

La investigación de la oceanógrafa biológica Jenni Brandon se centró en la contaminación plástica, principalmente la ecología de los microplásticos marinos, la extensión espacial y temporal de estos microplásticos, y mejores formas de cuantificarlos. Sus estudios han examinado la distribución de microplásticos en el giro subtropical de la corriente de California y el Pacífico norte, y cómo estos plásticos envejecen y se degradan con el tiempo.

Anela Choy, oceanógrafo biológico y profesor asistente en Scripps, también ha encontrado microplásticos en su investigación. Choy estudia las redes tróficas en las profundidades del mar, utilizando animales marinos disecados en su laboratorio para aprender sobre el movimiento del carbono a lo largo de la columna de agua. En sus disecciones, ha encontrado plásticos en el contenido del estómago de peces que viven a miles de pies por debajo de la superficie. Su último estudio encontró que los microplásticos son comunes en toda la columna de agua en la Bahía de Monterey, y están siendo ingeridos por animales marinos.