Un nuevo estudio realizado por un equipo de investigación de Diamond Light Source analiza cómo los desechos de microplásticos pueden interactuar con nanomateriales de óxido de zinc (ZnO) en escenarios de agua dulce y de mar. También evaluó, en las mismas condiciones, un protector solar a base de ZnO y un limpiador exfoliante con microperlas en su composición.

Sus resultados confirman que mezclas de agregados de Zn/micropolímeros se lixiviaron/liberaron naturalmente de los productos comerciales, lo que revela implicaciones ambientales preocupantes para los peces y otros organismos acuáticos en la cadena alimentaria que podrían tragar estos microplásticos e ingerir partículas de zinc al mismo tiempo.

El trabajo, titulado "Hacia la comprensión de los riesgos ambientales de las exposiciones combinadas a microplásticos y nanomateriales:revelando las transformaciones de ZnO después de la adsorción en microplásticos de poliestireno en soluciones ambientales", se publicó en Global Challenges. . El equipo del sincrotrón nacional del Reino Unido incluía a una estudiante, Tatiana Da-Silva Ferreira, que estaba en la Universidad de Edimburgo en el programa de 12 semanas de "Prácticas de Verano" de Diamond.

Esto permite a los estudiantes universitarios que estudian una carrera en Ciencias, Ingeniería, Computación o Matemáticas (que esperan obtener un título con honores de primera o segunda clase superior) adquirir experiencia trabajando en varios equipos diferentes en Diamond. El autor principal, Miguel Gómez González, científico Diamond Beamline, elogió a Tatiana, que ahora estudia un doctorado. en Suiza, por su contribución clave al inicio de este proyecto ambiental.

Al explicar el impulso de la investigación, Miguel dijo que todos habían visto cómo en las últimas décadas ha habido un aumento dramático en la fabricación de nanomateriales (partículas diminutas, aproximadamente 1000 veces más delgadas que un cabello humano), lo que inevitablemente ha llevado a a su liberación al medio ambiente.

De manera similar, el óxido de zinc (ZnO) se encuentra entre los nanomateriales más abundantes fabricados debido a su uso ventajoso en electrónica, semiconductores y con fines antibacterianos. Al mismo tiempo, los desechos plásticos se han vuelto omnipresentes y pueden descomponerse en pedazos más pequeños llamados microplásticos.

Estos también son pequeños, pero aproximadamente 100 veces más grandes que los nanomateriales. Debido a que ambos elementos se eliminan con más frecuencia, decidieron estudiar su destino cuando potencialmente se combinen en agua dulce y océanos y ayudar a que las evaluaciones de riesgos ambientales sean más precisas.

Para que su estudio fuera más relevante para el mundo real, el equipo probó un protector solar que contiene óxido de zinc, que se usa comúnmente para bloquear la radiación UV. Dejaron que el protector solar se incubara en las diferentes soluciones ambientales durante una semana y luego agregaron los microplásticos durante un día. El objetivo era comprobar si el óxido de zinc podía salir del protector solar y adherirse a estos microplásticos.

También siguieron el mismo procedimiento con un exfoliante facial que contenía pequeñas cuentas de plástico. Los resultados mostraron claramente que el óxido de zinc (ya sea puro o lixiviado del protector solar) se adhirió al microplástico en ambos casos, lo que revela que esto también podría suceder en nuestros ríos y océanos.

González comenta:"La capacidad del óxido de zinc, tanto los nanomateriales puros como los liberados por un protector solar, para adherirse a piezas muy pequeñas de plástico tiene grandes implicaciones. Estos plásticos pueden incluso provenir de artículos cotidianos como limpiadores faciales exfoliantes. En este estudio, Se descubrió que los microplásticos pueden transportar partículas de zinc aún más pequeñas de un lugar a otro. Como consecuencia, los peces u otros organismos acuáticos podrían tragar estos microplásticos, ingiriendo al mismo tiempo partículas de zinc."

"Necesitamos comprender cómo cambia este óxido de zinc modificado cuando llega al agua dulce y qué cantidad puede adherirse a los pequeños desechos plásticos. Esto es importante para concienciar a todos, desde las personas que fabrican estos productos hasta quienes los regulan, sobre el Se necesitan mejores normas para gestionar los residuos, especialmente los relacionados con partículas diminutas como estas."

"A medida que sigamos produciendo más y más de estas micro y nanopartículas, su efecto en nuestro medio ambiente seguirá creciendo. Debido a que son tan duraderas, pueden representar un riesgo para diferentes organismos y, en última instancia, incluso abrirse camino en nuestra comida. Esto es algo que simplemente no podemos darnos el lujo de ignorar."

Hablando de la contribución de la estudiante de prácticas de verano de 2021, Tatiana Miguel destacó las enormes oportunidades que ofrecen a los estudiantes los programas de estudio Diamante.

"Tatiana hizo un gran trabajo optimizando las condiciones para la estabilización de nanomateriales durante 7 días, seguido de la incubación de microplásticos y nanomateriales durante 24 horas. Además, mejoró el protocolo de filtrado y aislamiento de los microplásticos después del período de incubación. Asimismo ", realizó el análisis preliminar de microscopía electrónica de barrido que reveló la adsorción de nanomateriales en las superficies plásticas. Por lo tanto, su contribución fue clave para el éxito general de este proyecto ambientalmente relevante", añadió González.

Miguel agradeció a González y Diamond y dijo:"Esta experiencia realmente profundizó mi interés en la química ambiental y la investigación académica. También me dio suficiente experiencia y confianza para realizar mi maestría y ahora mi doctorado. Estoy muy feliz de haber podido trabajar en Es un proyecto tan interesante y me alegra aún más que hayas elegido profundizar en él".

El equipo tomó algunas partículas de óxido de zinc puro (de entre 80 y 200 nm de tamaño) y las incubó en diferentes tipos de soluciones ambientales durante una semana, permitiendo su estabilización natural. Luego las mezclaron con pequeñas microesferas de poliestireno (~900 mm de diámetro, aproximadamente del tamaño de un grano de arena) y las revolvieron durante un día.

Después de lavar y enjuagar los microplásticos, descubrieron que el óxido de zinc quedaba adsorbido en las superficies del plástico. Esto se observó mediante microscopía eléctrica de barrido, utilizando un microscopio muy potente. Esto confirmó que los microplásticos y el óxido de zinc pueden interactuar en nuestros cuerpos de agua, lo que podría afectar su impacto en el medio ambiente.

Luego, el equipo examinó estos microplásticos cubiertos de óxido de zinc utilizando rayos X generados en Diamond Light Source, una instalación de acelerador de electrones. La línea de luz I14 de Diamond puede dar forma a los rayos X en un tamaño nanométrico, lo que la convierte en una de las mejores del mundo para este tipo de trabajo detallado. El escaneo rápido de las muestras alrededor del haz de rayos X nanométricos permitió que el detector de fluorescencia capturara imágenes detalladas de cada elemento contenido en sus muestras.

Paralelamente a este trabajo, se aplicó otra técnica de rayos X llamada espectroscopia de estructura cercana al borde de absorción de rayos X (XANES) para comprobar qué tipo de cambios químicos habían ocurrido en el óxido de zinc al adsorberse en los microplásticos y después de una incubación de una semana en agua dulce.

González añade:"Descubrimos que el óxido de zinc se había transformado en diferentes tipos de partículas relacionadas con el zinc. Algunas de estas nuevas partículas (sulfuro de Zn) se formaron rápidamente, mientras que otras se formaron más lentamente pero eran más estables (fosfato de Zn). . Esto revela información valiosa sobre cómo se comporta el óxido de zinc cuando está en el medio ambiente."

Más información: Miguel A. Gómez‐González et al, Hacia la comprensión de los riesgos ambientales de las exposiciones combinadas a microplásticos y nanomateriales:revelando transformaciones de ZnO después de la adsorción en microplásticos de poliestireno en soluciones ambientales, Desafíos globales (2023). DOI:10.1002/gch2.202300036

Proporcionado por Diamond Light Source Ltd