Une nouvelle étude menée par une équipe de recherche de Diamond Light Source examine comment les déchets microplastiques peuvent interagir avec les nanomatériaux d'oxyde de zinc (ZnO) dans des scénarios d'eau douce et d'eau de mer. Elle a également évalué, dans les mêmes conditions, un écran solaire à base de ZnO et un nettoyant exfoliant avec des microbilles dans sa composition.

Leurs résultats confirment que des mélanges d'agrégats de Zn/micropolymères étaient naturellement lessivés/libérés des produits commerciaux, révélant des implications environnementales inquiétantes pour les poissons et autres organismes aquatiques de la chaîne alimentaire qui pourraient avaler ces microplastiques et ingérer des particules de zinc en même temps.

Intitulé « Vers une compréhension des risques environnementaux liés à l'exposition combinée aux microplastiques et aux nanomatériaux :dévoilement des transformations du ZnO après adsorption sur des microplastiques de polystyrène dans des solutions environnementales », les travaux ont été publiés dans Global Challenges. . L'équipe du synchrotron national du Royaume-Uni comprenait une étudiante, Tatiana Da-Silva Ferreira, qui étudiait à l'Université d'Edimbourg dans le cadre du programme « Summer Placement » de Diamond de 12 semaines.

Cela permet aux étudiants de premier cycle qui préparent un diplôme en sciences, ingénierie, informatique ou mathématiques (qui espèrent obtenir un diplôme spécialisé de première ou de deuxième classe) d'acquérir une expérience de travail dans un certain nombre d'équipes différentes chez Diamond. L'auteur principal, Miguel Gomez Gonzalez, scientifique de Diamond Beamline, a félicité Tatiana, qui étudie actuellement pour un doctorat. en Suisse, pour sa contribution clé au démarrage de ce projet environnemental.

Expliquant l'impulsion de la recherche, Miguel a déclaré qu'ils avaient tous vu comment, au cours des dernières décennies, il y avait eu une augmentation spectaculaire de la fabrication de nanomatériaux manufacturés (de minuscules particules environ 1 000 fois plus fines qu'un cheveu humain), ce qui a inévitablement conduit à à leur rejet dans l'environnement.

De même, l’oxyde de zinc (ZnO) fait partie des nanomatériaux les plus abondants fabriqués en raison de son utilisation avantageuse dans l’électronique, les semi-conducteurs et à des fins antibactériennes. Dans le même temps, les déchets plastiques sont devenus omniprésents et peuvent se décomposer en morceaux plus petits appelés microplastiques.

Ceux-ci sont également minuscules, mais environ 100 fois plus gros que les nanomatériaux. Parce que ces deux éléments sont éliminés plus souvent, ils ont décidé d'étudier leur devenir lorsqu'ils sont potentiellement combinés dans l'eau douce et les océans et de contribuer à rendre les évaluations des risques environnementaux plus précises.

Pour rendre leur étude plus pertinente par rapport au monde réel, l'équipe a testé un écran solaire contenant de l'oxyde de zinc, couramment utilisé pour bloquer les rayons UV. Ils ont laissé la crème solaire incuber dans les différentes solutions environnementales pendant une semaine, puis ont ajouté les microplastiques pendant une journée. L'objectif était de vérifier si l'oxyde de zinc pouvait sortir de la crème solaire et coller à ces microplastiques.

Ils ont également suivi la même procédure avec un gommage du visage contenant de minuscules billes de plastique. Les résultats ont clairement montré que l'oxyde de zinc (pur ou extrait de la crème solaire) adhère au microplastique dans les deux cas, révélant que cela pourrait également se produire dans nos rivières et nos océans.

Gonzalez commente :« La capacité de l'oxyde de zinc, qu'il s'agisse de nanomatériaux purs ou de ceux libérés par un écran solaire, à adhérer à de très petits morceaux de plastique a de grandes implications. Ces plastiques peuvent même provenir d'articles du quotidien comme les nettoyants exfoliants pour le visage. Dans cette étude, nous ont découvert que les microplastiques peuvent transporter des particules de zinc encore plus petites d'un endroit à l'autre. En conséquence, les poissons ou d'autres organismes aquatiques pourraient avaler ces microplastiques, ingérant en même temps des particules de zinc. "

"Nous devons comprendre comment cet oxyde de zinc artificiel change lorsqu'il pénètre dans les eaux douces et quelle quantité peut adhérer aux petits déchets plastiques. Ceci est important pour sensibiliser tout le monde, des personnes qui fabriquent ces produits à ceux qui les réglementent, sur les les dommages potentiels qu'ils pourraient causer à notre environnement. De meilleures règles de gestion des déchets sont nécessaires, en particulier en ce qui concerne les minuscules particules comme celles-ci. "

"À mesure que nous continuons à produire de plus en plus de ces micro- et nanoparticules, leur effet sur notre environnement va continuer à croître. Parce qu'elles durent si longtemps, elles peuvent présenter un risque pour différents organismes, et finalement même se frayer un chemin. dans notre alimentation. C'est quelque chose que nous ne pouvons tout simplement pas nous permettre d'ignorer."

Parlant de la contribution de Tatiana Miguel, étudiante en stage d'été 2021, a souligné les énormes opportunités offertes aux étudiants par les programmes d'études Diamond.

"Tatiana a fait un excellent travail en optimisant les conditions de stabilisation des nanomatériaux pendant 7 jours, suivies de l'incubation de 24 heures des microplastiques et des nanomatériaux. De plus, elle a amélioré le protocole de filtration et l'isolement des microplastiques après la période d'incubation. ", elle a effectué l'analyse très préliminaire par microscopie électronique à balayage qui a révélé l'adsorption des nanomatériaux dans les surfaces plastiques. Par conséquent, sa contribution a été essentielle au succès global de ce projet respectueux de l'environnement", a ajouté Gonzalez.

Miguel a remercié Gonzalez et Diamond en disant :« Cette expérience a vraiment approfondi mon intérêt pour la chimie environnementale et la recherche universitaire. Elle m'a également donné suffisamment d'expérience et de confiance pour poursuivre ma maîtrise et maintenant mon doctorat. Je suis vraiment heureux d'avoir pu travailler sur un projet tellement intéressant, et encore plus heureux que vous ayez choisi de l'approfondir."

L’équipe a pris des particules d’oxyde de zinc pur (d’une taille allant de 80 à 200 nm) et les a incubées dans différents types de solutions environnementales pendant une semaine, permettant ainsi leur stabilisation naturelle. Ils les ont ensuite mélangés avec de petites microsphères de polystyrène (environ 900 mm de diamètre, de la taille d'un grain de sable) et les ont mélangés pendant une journée.

Après avoir lavé et rincé les microplastiques, ils ont constaté que l’oxyde de zinc était adsorbé sur les surfaces en plastique. Cela a été observé en microscopie électrique à balayage, à l'aide d'un microscope très puissant. Cela a confirmé que les microplastiques et l'oxyde de zinc peuvent interagir dans nos plans d'eau, ce qui pourrait affecter leur impact sur l'environnement.

L’équipe a ensuite examiné ces microplastiques recouverts d’oxyde de zinc à l’aide de rayons X générés par Diamond Light Source, un accélérateur d’électrons. La ligne de lumière I14 de Diamond peut donner aux rayons X une taille nanométrique, ce qui en fait l'une des meilleures au monde pour ce type de travail détaillé. Le balayage rapide des échantillons autour du faisceau de rayons X nanométriques a permis de capturer des images détaillées de chaque élément contenu dans leurs échantillons par le détecteur de fluorescence.

Parallèlement à ce travail, une autre technique de rayons X appelée spectroscopie de structure d'absorption des rayons X (XANES) a été appliquée pour vérifier quel type de modifications chimiques s'étaient produites sur l'oxyde de zinc lors de son adsorption sur les microplastiques et après une semaine d'incubation dans les eaux douces.

Gonzalez ajoute :« Nous avons découvert que l'oxyde de zinc s'était transformé en différents types de particules liées au zinc. Certaines de ces nouvelles particules (sulfure de Zn) se formaient rapidement, tandis que d'autres se formaient plus lentement mais étaient plus stables (phosphate de Zn). . Cela révèle des informations précieuses sur le comportement de l'oxyde de zinc lorsqu'il est dans l'environnement."

Plus d'informations : Miguel A. Gomez‐Gonzalez et al, Vers une compréhension des risques environnementaux liés aux expositions combinées aux microplastiques et aux nanomatériaux :dévoilement des transformations du ZnO après adsorption sur les microplastiques de polystyrène dans les solutions environnementales, Défis mondiaux (2023). DOI :10.1002/gch2.202300036

Fourni par Diamond Light Source Ltd