Micro-CT als innovatieve visualisatietechniek van microplastics in mariene organismen
Van Echelpoel, W. (2013). Micro-CT als innovatieve visualisatietechniek van microplastics in mariene organismen. MSc Thesis. Universiteit Gent, Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen: Gent. 99 pp.
|
| Beschikbaar in | Auteur |
|
Documenttype: Doctoraat/Thesis/Eindwerk
|
| Abstract |
De globale plasticproductie is de afgelopen decennia enorm gestegen, namelijk van 99 miljoen ton in 1989 tot 280 miljoen ton in 2011 (PlasticsEurope, 2012), hetgeen eveneens weerspiegeld wordt in een stijging van de proportionele plastichoeveelheid in de totale afvalstroom tot een huidig gemiddelde van ongeveer 10 % (Barnes,et al., 2009). Incorrecte verwerking, accidentele verspillingof laksheid zijn maar enkele oorzaken waardoor zowel macro- als microplastics in het milieu terechtkomen, waarna transport naar de oceanen plaatsvindt. Geschat wordt dat er zo ongeveer 10 % van de totale geproduceerde hoeveelheid plastic jaarlijks in de oceanen terechtkomt (Thompson, 2006). Blootstelling van deze plastics aan UV-B-straling veroorzaakt microcracking (Andrady, 2011), hetgeen, in combinatie met een fysische kracht (Barnes, et al., 2009), leidt tot het opbreken van de plastics in steeds kleinere componenten. De aanwezige oceaanstromen transporteren voornamelijk drijvende en gesuspendeerde plastics met verscheidene garbage patches als gevolg. De aanwezigheid van polluenten in het mariene milieu leidt tot het instellen van een nieuw evenwicht tussen het omgevende water en het plastic, met een mogelijkheid van opconcentratie van o.a. PAKs, PCBs, PBDE, … (Hirai, et al., 2011; Mato, et al., 2001) door de hydrofobe eigenschappen van zowel het plastic als de verbinding (Andrady, 2011; Mato, et al., 2001). Naast deze preferentiële adsorptie vindt er tevens een evenwichtsinstelling plaats van zware metalen (Ashton, et al., 2010) en ook fouling door organismen, waaronder biofilms, zeepokken, mollusken en enkele anderen (Barnes, 2002), wordt beschreven. In combinatie met voormeld transport ondervinden deze verbindingen, zware metalen en organismen een globale verspreiding, mogelijks zelfs tot in Antarctica, dat momenteel nog beschermd wordt door de Antarctische Stroom (Zarfl & Matthies, 2010; Barnes, 2002).Doordat filter feeders in staat zijn om microplastics met microscopische afmetingen op te nemen via ingestie en transport doorheen de darmwand (Browne, et al., 2008; Brillant & MacDonald, 2002; von Moos, et al., 2012), bestaat er een mogelijk gevaar tot bioaccumulatie en transport van microplastics doorheen het voedselweb (Wright, et al., 2013). In combinatie met een mogelijke desorptie van geadsorbeerde polluenten en de potentiële uitloging van monomeren en plasticizers kan dit een gezondheidsrisico voor vele organismen, inclusief de mens, met zich meebrengen.De huidige technieken voor visualisatie van opgenomen microplastics zijn zeer tijdsintensief en voornamelijk destructief van aard (Slizova, et al., 2003). Een alternatief wordt gevonden bij micro-CT, waarbij hoogenergetische elektromagnetische stralen (X-stralen) gebruikt worden voor het opbouwen van een virtueel, driedimensionaal beeld. Het gebruik van deze X-stralen is gebaseerd op densiteitverschillen, waarmee in het labo aangetoond kan worden dat artificieel verzwaarde microplastics opgenomen worden en vervolgens translocatie in het weefsel ondergaan. Een algemene voorbehandeling voor het verhogen van de densiteit van het volledige monster dient nog steeds uitgevoerd te worden.Meerdere voorbehandelingsmethodes zijn in omloop. Drie verschillende technieken voor de behandeling van mosselweefsels werden met elkaar vergeleken: droging op 60 °C, behandeling met fosfomolybdeenzuur (PMA) en behandeling met hexamethyldisilazaan (HMDS). Van deze drie technieken vertoonde de HMDS-behandeling het beste resultaat. Artificieel verzwaarde microplastics waren duidelijk zichtbaar in de darm en in het weefsel van blootgestelde mosselen. Het gebruik van een korte blootstellingperiode leidde tot een zeer beperkte consistentie in het aantal opgenomen microplastics en voldeed slechts in een beperkt aantal gevallen aan het verwachte patroon, zijnde Enkele mogelijke oorzaken omtrent deze inconsistentie werden geïdentificeerd, namelijk, de filteractiviteit, de retentie-efficiëntie, het voedingsregime, de onderzochte oppervlakte van de gebruikte filter en de densiteit van de gebruikte microplastics.De resultaten bekomen na middellange blootstelling toonden het gebruik en het nut van de gut clearance methode voor het leegmaken van de darm. Via de feces kan gesteld worden dat het toepassen van 24 uur zonder voeding, gevolgd door 24 uur met voeding efficiënter is dan enkel 24 uur zonder voeding. Echter, de micro-CT-analyse toont reeds volledige afwezigheid van microplastics in de darm na 24 uur zonder voeding. De meeste mosselen worden echter continu blootgesteld aan microplastics. Deze continue blootstelling werd voorzien als een lange blootstellingperiode van 7 dagen aan een lagere concentratie microplastics. Tijdens deze continue blootstelling werd een massabalans opgesteld, waarbij de verdeling van het totaal aantal microplastics over de verschillende compartimenten, zijnde water, feces en organisme, werd bepaald. Problemen met betrekking tot identificatie van de microplastics door o.a. organisch materiaal en kristallisatie verhinderden een accurate kwantificatie. |
|
