Si vous êtes allé à votre plage locale, vous avez peut-être remarqué le vent qui tournait autour de la litière comme un sac de croustilles vide ou une paille en plastique. Ces plastiques se retrouvent souvent dans l'océan, affectant non seulement la vie marine et l'environnement, mais aussi menaçant la sécurité alimentaire et la santé humaine.

Finalement, beaucoup de ces plastiques se décomposent en tailles microscopiques, ce qui rend difficile pour les scientifiques de les quantifier et de les mesurer. Les chercheurs appellent ces fragments incroyablement petits nanoplastiques et microplastiques, car ils ne sont pas visibles à l'œil nu. Maintenant, dans un effort multi-organisationnel dirigé par le National Institute of Standards and Technology (NIST) et le Centre commun de recherche (JRC) de la Commission européenne, les chercheurs se tournent vers une partie inférieure de la chaîne alimentaire pour résoudre ce problème.

Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode qui utilise une espèce marine filtreur pour collecter ces minuscules plastiques dans l'eau de l'océan. L'équipe a publié ses résultats en tant qu'étude de preuve de principe dans la revue scientifique Microplastiques et nanoplastiques .

Les plastiques sont constitués de matériaux synthétiques connus sous le nom de polymères qui sont généralement fabriqués à partir de pétrole et d'autres combustibles fossiles. Chaque année, plus de 300 millions de tonnes de plastiques sont produites, et 8 millions de tonnes finissent dans l'océan. Les types de plastiques les plus courants dans les environnements marins sont le polyéthylène et le polypropylène. Le polyéthylène basse densité est couramment utilisé dans les sacs d'épicerie en plastique ou les anneaux de six paquets pour les canettes de soda. Le polypropylène est couramment utilisé dans les contenants alimentaires réutilisables ou les capsules de bouteilles.

"La lumière du soleil et d'autres processus chimiques et mécaniques font que ces objets en plastique deviennent de plus en plus petits, ", a déclaré Vince Hackley, chercheur au NIST. "Avec le temps, ils changent de forme et peut-être même de chimie."

Bien qu'il n'y ait pas de définition officielle pour ces petits nanoplastiques, les chercheurs les décrivent généralement comme des produits artificiels que l'environnement décompose en morceaux microscopiques. Ils ont généralement la taille d'un millionième de mètre (un micromètre, ou un micron) ou plus petit.

Ces minuscules plastiques présentent de nombreux dangers potentiels pour l'environnement et la chaîne alimentaire. "Comme les matières plastiques se dégradent et deviennent plus petites, ils sont consommés par les poissons ou d'autres organismes marins comme les mollusques. Par ce chemin, ils se retrouvent dans le système alimentaire, puis en nous. C'est le gros souci, " dit Hackley.

Pour obtenir de l'aide sur la mesure des nanoplastiques, les chercheurs se sont tournés vers un groupe d'espèces marines appelées tuniciers, qui traitent de grands volumes d'eau à travers leur corps pour obtenir de la nourriture et de l'oxygène - et, involontairement, nanoplastiques. Ce qui rend les tuniciers si utiles pour ce projet, c'est qu'ils peuvent ingérer des nanoplastiques sans affecter la forme ou la taille des plastiques.

Pour leur étude, les chercheurs ont choisi une espèce de tuniciers connue sous le nom de C. robusta car « ils ont une bonne efficacité de rétention des micro- et nanoparticules, " a déclaré le chercheur de la Commission européenne Andrea Valsesia. Les chercheurs ont obtenu des spécimens vivants de l'espèce dans le cadre d'une collaboration avec l'Institut de biochimie et de biologie cellulaire et l'institut de recherche Stazione Zoologica Anton Dohrn, tous deux à Naples, Italie.

Les tuniciers ont été exposés à différentes concentrations de polystyrène, un plastique polyvalent, sous forme de particules nanométriques. Les tuniciers ont ensuite été récoltés puis soumis à un processus de digestion chimique, qui séparait les nanoplastiques des organismes. Cependant, lors de cette étape des composés organiques résiduels digérés par les tuniciers étaient encore mélangés aux nanoplastiques, pouvant interférer avec la purification et l'analyse des plastiques.

Donc, les chercheurs ont utilisé une technique d'isolement supplémentaire appelée fractionnement de flux de champ à flux asymétrique (AF4) pour séparer les nanoplastiques du matériau indésirable. Les nanoplastiques séparés ou «fractionnés» pourraient ensuite être collectés pour une analyse plus approfondie. « C'est l'un des plus gros problèmes dans ce domaine :la capacité de trouver ces nanoplastiques et de les isoler et de les séparer de l'environnement dans lequel ils existent, " dit Valsesia.

Les échantillons de nanoplastique ont ensuite été placés sur une puce spécialement conçue, designed so that the nanoplastics formed clusters, making it easier to detect and count them in the sample. Dernièrement, 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. "Normalement, 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. Pour l'instant, 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.