纳米塑料和微米塑料的设计、制造和表征制造技术

由本发明专利技术构思提供的或者纳米塑料或微米塑料颗粒、包括纳米塑料或微米塑料颗粒的参考标准材料、使用方法、和制备其的方法。发明专利技术构思的纳米塑料和/或微米塑料颗粒的用途包括跟踪纳米塑料和/或微米塑料颗粒在环境和/或生物系统以及在环境内的有机体中的分散/分布。系统以及在环境内的有机体中的分散/分布。系统以及在环境内的有机体中的分散/分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米塑料和微米塑料的设计、制造和表征
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年2月19日提交的美国临时申请序列号62/978,499和2020年10月8日提交的美国临时申请序列号63/089,210的权益，所述申请各自的全部内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]存在对如下的迫切需要：评价纳米塑料和微米塑料(微塑料，microplastics)在环境中和生物系统内的存在和下游影响。尽管这个问题的重要性逐步升级，但市售且良好表征的纳米塑料和微米塑料十分有限(例如，主要是聚苯乙烯)，这限制在理解人类健康和环境影响方面取得重大进展。例如，十多年来，文献中一直强调良好表征的标准在纳米技术、医学和毒理学中的重要性1‑5。
[0004]社会对塑料的依赖从全球产量(其在2016年达到超过3.3亿吨)显而易见。尽管塑料无疑是有益的，但广泛的使用已经造成一个无法预料的问题：环境中大量的无意(非故意)的塑料碎片，包括纳米塑料和微米塑料。在2010年期间，估计有480
‑
1270万公吨塑料碎片进入世界海洋。在2017年9月，据报道在美国在94％的测试的自来水样本中有微米塑料，并且在2018年3月在93％的测试的瓶装水样本中发现微米塑料。
[0005]纳米塑料和微米塑料可渗透(经常未被察觉的)通过环境并进入生物系统和产品中。已经在贝类动物、蚌类动物(mussels)、鱼类以及包括蜂蜜、海盐在内的产品以及饮用水和饮料中发现微米塑料。这些纳米塑料和微米塑料还可浸出外源性化学品，例如配制物添加剂或未反应的单体。在饮用水和食品中发现的许多与塑料有关的化学品是在人类健康方面已知的有毒物质，并且无意的暴露于纳米塑料和微米塑料及相关化学品的人类健康风险尚未知晓。
[0006]因此，需要开发用于跟踪有机体(生物体)和环境中的纳米塑料和微米塑料的组合物/材料以及使用此类组合物/材料的方法。

技术实现思路

[0007]根据专利技术构思的一个方面，提供纳米塑料或微米塑料颗粒，其包括：纳米塑料或微米塑料聚合物、聚合物复合材料、或聚合物基体；以及荧光标记物或放射性标记物。
[0008]根据专利技术构思的另一个方面，提供包括纳米塑料或微米塑料颗粒的参考标准材料，所述纳米塑料或微米塑料颗粒包括：纳米塑料或微米塑料聚合物、聚合物复合材料、或聚合物基体；以及荧光标记物或放射性标记物。
[0009]根据专利技术构思的又一个方面，提供监测纳米塑料或微米塑料颗粒的环境分散的方法，其包括：向环境提供本专利技术构思的参考标准材料；以及监测参考材料在环境中的分散，其中监测参考材料的分散包括检测参考材料在来自环境的至少一个样品中的存在。
[0010]根据专利技术构思的再一个方面，提供监测纳米塑料或微米塑料颗粒在研究对象(subject)中的分散的方法，其包括：将研究对象暴露于专利技术构思的参考标准材料；以及监
测参考材料在研究对象中的分散，其中监测参考材料的分散包括检测参考材料在来自研究对象的至少一个样品中的存在。
[0011]根据专利技术构思的再一个方面，提供监测纳米塑料或微米塑料颗粒在样品中的存在的方法，其包括：向环境提供包括纳米塑料或微米塑料颗粒的参考材料，所述纳米塑料或微米塑料颗粒包括聚合物、聚合物复合材料或聚合物基体，和荧光标记物或放射性标记物；以及确定参考材料是否存在于获自环境的样品中。
[0012]根据专利技术构思的再一个方面，提供制备纳米塑料或微米塑料颗粒的方法，其包括：将塑料溶解在第一溶剂中以提供塑料溶液；使塑料溶液在第二溶剂中沉淀；以及蒸发第一溶剂以提供纳米塑料或微米塑料颗粒在第二溶剂中的分散体。
附图说明
[0013]图1：纳米塑料或微米塑料颗粒的构建体(结构体，architecture)
‑
(A)固体(Solid，实心体)，(B)基体，(C
–
D)用示踪剂(C)或化学基团(D)官能化的核壳。
[0014]图2：根据本专利技术构思的实施方案的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纳米塑料颗粒(148nm)的SEM。
[0015]图3：在BeWo滋养层b30细胞(细胞核被染成蓝色)上可视化的(图A)含有罗丹明
‑
B(RB)的PET纳米塑料和(图B)含有荧光素的PET纳米塑料的荧光图像。
[0016]图4：在BeWo滋养层b30细胞(细胞核被染成蓝色)上可视化的PET
‑
RB和聚苯乙烯(PS)Alexa Fluor(AF)488纳米颗粒的荧光图像。
[0017]图5：检查PET和PS纳米塑料颗粒的细胞毒性的MTS化验。PET纳米塑料表现出细胞毒性，如由测量代谢活性的MTS化验确定的。
[0018]图6：如实施例3中所述制备的示例性PET纳米塑料颗粒。
[0019]图7：PET
‑
RB NP的(图A)SEM图像，(图B)TEM图像，和(图C)DLS曲线。
[0020]图8：(顶部)PET NP和(底部)PET
‑
RB NP的FT
‑
IR光谱。
[0021]图9：通过(图A)膜完整性(LHD释放)和(图B)代谢活性(MTS化验)测试的PET
‑
NP(黑色)和PET
‑
RB NP(灰色)的细胞毒性。图表显示平均值
±
标准偏差。一个星号显示P值<0.05，并且两个星号显示P值<0.001。
[0022]图10：暴露于对照(图A+E)、0.005mg/mL(图B+F)、0.05mg/mL(图C+G)和0.5mg/mL PET
‑
RB NP(图D+H)的RAW 264.7细胞的(图A
‑
D)亮场和(图E
‑
H)荧光显微镜。来自各个荧光通道的图像显示在图14中。细胞核显现在蓝色通道上，细胞质显现在绿色通道上，并且PET
‑
RB NP显现在红色通道上。
[0023]图11：PET起始材料的FT
‑
IR光谱。
[0024]图12：PET NP和PET
‑
RB NP在0.5mg/mL BSA中的拉曼光谱。
[0025]图13：用于制造(中部)PET
‑
NP和(底部)PET
‑
RB NP的(顶部)PET纤维的热解
‑
GC/MS色谱。四个特征峰被确认为(1)苯甲酸乙烯基酯、(2)苯甲酸、(3)对苯二甲酸二乙烯基酯和(4)4
‑
(乙烯基氧基羰基苯甲酸)。
[0026]图14：暴露于PET
‑
RB NP的RAW 264.7细胞的荧光显微镜，其显示三个荧光通道(图A
‑
D)、PET
‑
RB NP(图E
‑
H)、细胞质(图I
‑
L)和细胞核(图M
–...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.纳米塑料或微米塑料颗粒，其包含：纳米塑料或微米塑料聚合物、聚合物复合材料、或聚合物基体；以及荧光标记物或放射性标记物。2.根据权利要求1所述的纳米塑料或微米塑料颗粒，其中微米塑料聚合物、聚合物复合材料、或聚合物基体为如下的至少一种：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、高密度PE(HDPE)、低密度PE(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲醛(POM)、聚氨酯(PUR)、有机硅、尼龙、或丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。3.根据权利要求1或2所述的纳米塑料或微米塑料颗粒，其中纳米塑料或微米塑料颗粒包含荧光标记物，其中荧光标记物为如下的至少一种：罗丹明、荧光素、Alexa
‑
Fluor化合物、尼罗红、R
‑
藻红蛋白、太平洋蓝、级联蓝、德克萨斯红、Cy5、Cy3、Cy7、羟基香豆素、氨基香豆素或甲氧基香豆素。4.根据权利要求1
–
3任一项所述的纳米塑料或微米塑料颗粒，其中纳米塑料或微米塑料颗粒包含荧光标记物，其中荧光标记物包含生物缀合物。5.根据权利要求1
–
4任一项所述的纳米塑料或微米塑料颗粒，其中纳米塑料或微米塑料颗粒包含聚合物基体和荧光标记物，其中荧光标记物分布在整个聚合物基体中。6.根据权利要求1
–
5任一项所述的纳米塑料或微米塑料颗粒，其中纳米塑料或微米塑料颗粒包含官能化表面和荧光标记物，其中荧光标记物与官能化表面缔合。7.根据权利要求6所述的纳米塑料或微米塑料颗粒、其中官能化表面包含选自如下的化学基团：
‑
COOH、
‑
COO
‑
、
‑
NH
3+
、
‑
NH2、
‑
OH、PEG、链霉亲和素、链霉亲和素
‑
生物素复合物、和抗体缀合物。8.根据权利要求1
–
7任一项所述的纳米塑料或微米塑料颗粒，其中颗粒尺寸小于约一微米。9.根据权利要求1
–
8任一项所述的纳米塑料或微米塑料颗粒，其中颗粒尺寸小于约500nm。10.根据权利要求1
–
9任一项所述的纳米塑料或微米塑料颗粒，其中颗粒尺寸小于约100nm。11.包含纳米塑料或微米塑料颗粒的参考标准材料，所述纳米塑料或微米塑料颗粒包含：纳米塑料或微米塑料聚合物、聚合物复合材料、或聚合物基体；以及荧光标记物或放射性标记物。12.根据权利要求11所述的参考标准材料，其中纳米塑料或微米塑料颗粒的尺寸被尺寸化至代表环境中发现的颗粒尺寸分布。13.监测纳米塑料或微米塑料颗粒的环境分散的方法，其包括：将根据权利要求11或12所述的参考标准材料提供给环境；以及监测参考材料在环境中的分散，其中监测参考材料的分散包括检测参考材料在来自环境的至少一个样品中的存在。14.根据权利要求13所述的方法，其中环境包含海洋、淡水或陆地环境。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中环境包含海洋、淡水或陆地生物系统。16.根据权利要求13
–
15任一项所述的方法，其中环境包含自来水、饮用水和/或饮料。17.根据权利要求13
–
15任一项所述的方法，其中环境包含食品。18.根据权利要求17所述的方法，其中食品为蜂蜜。19.监测纳米塑料或微米塑料颗粒在研究对象中的分散的方法，其包括：将研究对象暴露于根据权利要求11或12所述的参考标准材料；以及监测参考材料在研究对象中的分散，其中监测参考材料的分散包括检测参考标准材料在来自研究对象的至少一个样品中的存在。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述方法包括检测参考标准材料的存在的体外、原位、体内或离体方法。21.根据权利要求19或20所述的方法，其中研究对象为海洋、淡水或陆地生命形式。22.根据权利要求19
–
21任一项所述的方法，其中研究对象为选自如下的海洋生命形式：贝类动物、软体动物和鱼类。23.根据权利要求19或20所述的方法，其中研究对象为哺乳动物生命形式...

【专利技术属性】
技术研发人员：N莫坦森，L约翰逊，J梅查姆，
申请(专利权)人：三角研究所，
类型：发明
国别省市：