Обнаружение частиц микропластика в водной среде методом окрашивания

Введение. Одним из распространённых контаминантов окружающей среды является микропластик, масштабы загрязнения и вред здоровью от которого стали оцениваться относительно недавно. Установлена биологическая активность микропластика в исследованиях in vivo и in vitro: он вызывает нарушения развития и функционирования пищеварительной, репродуктивной, центральной нервной, иммунной и кровеносной систем, приводит к дисплазии тканей и органов, обладает генотоксичностью, нейротоксичностью и цитотоксичностью. В связи с этим возникает необходимость мониторинга микропластика в воде со стороны надзорных органов и хозяйствующих субъектов. В России не существует утверждённой методики определения микропластика в воде.

Цель исследования — применение экспресс-метода качественного определения микропластика в воде поверхностных источников и воде централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Материалы и методы. Обнаружение микропластика в воде поверхностных источников и перед подачей в сеть централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения (ЦХПВ) двух городов проводили методом окрашивания красителем нильский красный и последующей идентификацией частиц на фазово-контрастном микроскопе с флуоресцентным фильтром.

Результаты. В воде поверхностных источников и ЦХПВ обнаружены частицы микропластика, установлены их форма и размеры.

Ограничения исследования. Данный метод позволяет оценивать только качественные характеристики частиц микропластика без определения их химического состава; эффективность анализа зависит от разрешающей способности микроскопа.

Заключение. С помощью предложенного метода обнаружены частицы микропластика в воде источников на разных глубинах и перед подачей в сеть ЦХПВ. Частицы округлой и палочковидной формы выявлены в обоих типах вод, а частицы в виде удлинённых нитей — в воде источников.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов:
Хлыстов И.А. — концепция и дизайн исследования, написание и редактирование текста, сбор данных литературы;
Бушуева Т.В. — концепция и дизайн исследования, редактирование текста;
Грибова Ю.В. — сбор материала и обработка данных;
Харькова П.К. — сбор данных литературы;
Лабзова А.К. — сбор материала и обработка данных, редактирование текста;
Карпова Е.П. — сбор материала и обработка данных;
Бугаева А.В., Сахаутдинова Р.Р. — редактирование текста;
Гурвич В.Б. — концепция и дизайн исследования.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 31.08.2023 / Принята к печати: 15.11.2023 / Опубликована: 08.12.2023

1. Al Harraq A., Bharti B. Microplastics through the lens of colloid science. ACS Environ. Au. 2021; 2(1): 3–10. https://doi.org/10.1021/acsenvironau.1c00016

2. Donoso J.M., Rios-Touma B. Microplastics in tropical Andean rivers: A perspective from a highly populated Ecuadorian basin without wastewater treatment. Heliyon. 2020; 6(7): e04302. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04302

3. Amran N.H., Zaid S.S.M., Mokhtar M.H., Manaf L.A., Othman S. Exposure to microplastics during early developmental stage: Review of current evidence. Toxics. 2022; 10(10): 597. https://doi.org/10.3390/toxics10100597

4. Zhang Y., Wang D., Yin K., Zhao H., Lu H., Meng X., et al. Endoplasmic reticulum stress-controlled autophagic pathway promotes polystyrene microplastics-induced myocardial dysplasia in birds. Environ. Pollut. 2022; 311: 119963. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119963

5. Prüst M., Meijer J., Westerink R.H.S. The plastic brain: neurotoxicity of micro- and nanoplastics. Part. Fibre Toxicol. 2020; 17(1): 24. https://doi.org/10.1186/s12989-020-00358-y

6. Caputi S., Diomede F., Lanuti P., Marconi G.D., Di Carlo P., Sinjari B., et al. Microplastics affect the inflammation pathway in human gingival fibroblasts: A study in the Adriatic Sea. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022; 19(13): 7782. https://doi.org/10.3390/ijerph19137782

7. Danopoulos E., Twiddy M., West R., Rotchell J.M. A rapid review and meta-regression analyses of the toxicological impacts of microplastic exposure in human cells. J. Hazard. Mater. 2022; 427: 127861. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127861

8. Doshi N., Mitragotri S. Needle-shaped polymeric particles induce transient disruption of cell membranes. J. R. Soc. Interface. 2010; 7(Suppl. 4): S403–10. https://doi.org/10.1098/rsif.2010.0134.focus

9. Schymanski D., Oßmann B.E., Benismail N., Boukerma K., Dallmann G., von der Esch E., et al. Analysis of microplastics in drinking water and other clean water samples with micro-Raman and micro-infrared spectroscopy: minimum requirements and best practice guidelines. Anal. Bioanal. Chem. 2021; 413(24): 5969–94. https://doi.org/10.1007/s00216-021-03498-y

10. Tamminga M., Hengstmann E., Fischer E.K. Nile red staining as a subsidiary method for microplastic quantification: A comparison of three solvents and factors influencing application reliability. J. Earth Sci. Environ. Stud. 2017; 2(2). https://doi.org/10.15436/jeses.2.2.1

11. Иванова Е.В., Гузева А.В., Лапенков А.Е., Поздняков Ш.Р., Капустина Л.Л., Митрукова Г.Г. и др. Особенности применения красителя нильский красный для идентификации частиц пластика в природных объектах. Российский журнал прикладной экологии. 2020; (4): 36–42. https://doi.org/10.24411/2411-7374-2020-10032 https://elibrary.ru/csuqud

12. Fiore M., Fraterrigo Garofalo S., Migliavacca A., Mansutti A., Fino D., Tommasi T. Tackling marine microplastics pollution: an overview of existing solutions. Water Air Soil Pollut. 2022; 233(7): 276. https://doi.org/10.1007/s11270-022-05715-5

13. Bäuerlein P.S., Hofman-Caris R.C.H.M., Pieke E.N., Ter Laak T.L. Fate of microplastics in the drinking water production. Water Res. 2022; 221: 118790. https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118790

14. Li Y., Sun Y., Li J., Tang R., Miu Y., Ma X. Research on the influence of microplastics on marine life. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2021; 631: 012006. https://doi.org/10.1088/1755-1315/631/1/012006

15. Amaral-Zettler L.A., Zettler E.R., Mincer T.J., Klaassen M.A., Gallager S.M. Biofouling impacts on polyethylene density and sinking in coastal waters: A macro/micro tipping point? Water Res. 2021; 201: 117289. https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.117289

16. Vagnetti R., Miana P., Fabris M., Pavoni B. Self-purification ability of a resurgence stream. Chemosphere. 2003; 52(10): 1781–95. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(03)00445-4

17. D’Avignon G., Gregory-Eaves I., Ricciardi A. Microplastics in lakes and rivers: an issue of emerging significance to limnology. Environ. Rev. 2022; 30(2): 228–44. https://doi.org/10.1139/er-2021-0048

18. Tang N., Yu Y., Cai L., Tan X., Zhang L., Huang Y., et al. Distribution characteristics and source analysis of microplastics in urban freshwater lakes: A case study in Songshan Lake of Dongguan, China. Water. 2022; 14(7): 1111. https://doi.org/10.3390/w14071111

19. Singh S., Trushna T., Kalyanasundaram M., Tamhankar A.J., Diwan V. Microplastics in drinking water: a macro issue. Water Supply. 2022; 22(5): 5650–74. https://doi.org/10.2166/ws.2022.189

20. Floros I.N., Kouvelos E.P., Pilatos G.I., Hadjigeorgiou E.P., Gotzias A.D., Favvas E.P., et al. Enhancement of flux performance in PTFE membranes for direct contact membrane distillation. Polymers (Basel). 2020; 12(2): 345. https://doi.org/10.3390/polym12020345