Mitt i växande oro över plasten som förorenar vår miljö, biomedicinska och optiska forskare vid University of Rochester arbetar för att bättre förstå förekomsten av mikroplaster i dricksvatten och deras potentiella inverkan på människors hälsa.

De samarbetar med SiMPore, ett företag som använder nanomembranteknologi som ursprungligen utvecklades vid universitetet, att ta fram sätt att snabbt filtrera och identifiera partiklar av plast 5 mm eller mindre i dricksvattenprover. De kommer sedan att testa dessa partiklars förmåga att passera en mikroskalig barriär som simulerar slemhinnan i en mänsklig tarm.

"Vi vill se i vilken utsträckning de partiklar som du konsumerar i ditt dricksvatten kan passera genom din tarm och in i dina andra organ, " säger Greg Madejski, en postdoktor vid James McGraths laboratorium, professor i biomedicinsk teknik. Madejski samordnar forskningen med Wayne Knox labb, professor i optik. Både McGrath och Knox är anslutna till Materials Science-programmet.

Mikroplaster används som ingredienser i cigarettfilter, textilfibrer, och rengörings- eller personliga vårdprodukter. Andra uppstår när större plastföremål slits ner av solen, vind, och vågor. De kan hittas på bergstoppar och på botten av haven; i luften vi andas och i vattnet vi dricker. Exakt hur mycket mikroplast absorberas av människor, och hur mycket skada det orsakar dem har varit svårt att bedöma eftersom partiklarna – under 100 mikron – är så små och svåra att upptäcka.

"Det här är partiklar som du inte kunde fånga upp med pincett, som du inte ens kan se med blotta ögat, " säger Madejski. De undviker den "traditionella metoden att skumma vattenytan med ett planktonnät och samla allt, " han säger.

Istället kommer forskarna att filtrera vatten genom ark av kiselnitrid som är hundra gånger tunnare än diametern på ett människohår. Dessa SiMPore nanomembran, baserat på prototyper som ursprungligen skapades i McGrath-labbet, har mikronstora slitsar i dem. "Det gör att vi kan fånga skräp i mikronstorlek, " säger Madejski. "Och eftersom lakanen är så tunna, du kan filtrera en betydande mängd vatten genom dem utan mycket tryck."

Lagret av mikroskopiskt skräp som samlas på membranens yta analyseras på olika sätt för att avgöra hur mycket av det som består av mikroplastpartiklar.

Partiklarna kan färgas med Nile Red färgämne, till exempel, som fäster på plast. Raman mikroskopi, används i Knox-labbet, lyser en ljus laser på materialet för att erhålla information om kemisk bindning – i princip "ett molekylärt fingeravtryck av vad det materialet är, " säger Madejski. "Det fungerar inte lika bra med fluorescerande material, vilka många plaster är, men det kan tydligt identifiera 10 mikron polystyrenpärlor, till exempel."

Forskarna hoppas också kunna använda röntgenfotoelektronspektroskopi och energispridande röntgenspektroskopitekniker för att ytterligare studera sammansättningen av mikroplastpartiklar.

"Det fina med membran i nanoskala är att du kan anpassa dem för ett brett utbud av karaktäriseringsverktyg, " säger Madejski.

Partiklar som identifieras som mikroplaster kommer att separeras ut och "matas" till Caco2 humana epitelcellinjer som används i stor utsträckning som en modell av tarmepitelbarriären. Detta kommer att hjälpa till att bestämma i vilken utsträckning partiklarna absorberas i kroppen.

Arbetar med David Rowley från City of Rochester Water Bureau, vattenprover analyseras i varje skede av stadens 35 mil långa gravitationsmatade vattenrening och försörjningssystem, som sträcker sig från hög höjd Hemlock Lake, där staden hämtar sitt vatten, genom rör och reservoarer, och slutligen nå destinationer som dricksfontänerna och kranarna i labben och korridorerna i Goergen Hall på universitetets River Campus.

Det är brådskande att lära sig mer om förekomsten av mikroplaster och deras potentiella inverkan på människors hälsa, säger Madejski, som nyligen deltog i en workshop om mikroplast vid Woods Hole Oceanographic Institute.

"En sak att komma ihåg är att under de senaste 70 åren eller så har vi producerat cirka 4 miljarder ton plast; under det kommande decenniet eller så, vi kommer att dubbla det beloppet, " säger Madejski.