Multispectroscopic Characterization of Surface Interaction between Antibiotics and Micro(nano)-sized Plastics from Surgical Masks and Plastic Bottles

Abstract

Des études récentes ont montré que les particules de plastique peuvent adsorber les antibiotiques, et ces propriétés de sorption ont été examinées dans diverses études ; cependant, le mécanisme possible responsable des interactions nécessite une enquête plus approfondie en termes d'interaction avec les systèmes vivants. De plus, l'utilisation de masques chirurgicaux jetables et de bouteilles en plastique a augmenté le risque de pollution plastique pour les systèmes vivants comme les humains. Par conséquent, cette étude visait à examiner les caractéristiques de sorption entre les antibiotiques (amoxicilline et spiramycine) et les particules de plastique provenant des masques chirurgicaux et des bouteilles en plastique par le biais d'expériences de sorption par lots. Dans l'étude, leurs interactions de surface ont été caractérisées à l'aide d'approches multispectroscopiques comprenant le FTIR, la spectrométrie Raman et le SEM-EDX, et divers indicateurs de surface (par exemple, l'oxydation de surface, la déformation et le potentiel biologique) ont été examinés. Les résultats de sorption ont montré que la cinétique d'adsorption et l'isotherme de l'amoxicilline et de la spiramycine sur les micro(nano)plastiques des masques chirurgicaux et des bouteilles en plastique correspondent étroitement au modèle cinétique d'ordre pseudo-seconde et à l'isotherme de Langmiur. Ces résultats ont indiqué que les preuves de l'interaction des antibiotiques avec les particules étaient des changements dans les intensités des groupes fonctionnels de surface et le décalage vers le haut, et cela était corrélé avec la sorption des antibiotiques sur les micro(nano) plastiques. Le rapport C/N des particules de plastique avant et après traitement antibiotique a été utilisé comme indicateur de l'interaction biologique de surface, et les résultats ont montré que les rapports C/N des particules de masque chirurgical augmentaient avec les deux types de sorption antibiotique. Cependant, le C/N des particules des bouteilles en plastique présentait une dépendance au type d'antibiotique. Les indicateurs de déformation de surface (par exemple, les indices O/C, C═ O,═ C C et O–H) ont montré que les rapports O/C des micro(nano)plastiques des masques chirurgicaux étaient plus élevés avec la sorption de l'amoxicilline et de la spiramycine, et les indices C═O étaient positivement liés aux stades de sorption de l'amoxicilline, tandis que les C═C et O–H avaient une corrélation négative avec les stades de sorption de l'amoxicilline. De plus, la sorption d'amoxicilline a influencé le rapport O/C et les indices d'O–H et de═ C C des micro(nano)plastiques des bouteilles en plastique d'une manière limitée. Les groupes C═O des micro(nano)plastiques des bouteilles en plastique ont été positivement influencés par les étapes de sorption de la spiramycine, alors qu'ils étaient négativement liés aux étapes de sorption de l'amoxicilline. Dans l'ensemble, les résultats des indicateurs de surface ont indiqué que les micro(nano)plastiques des masques chirurgicaux peuvent être plus influencés par la sorption des antibiotiques que les bouteilles en plastique.Estudios recientes han demostrado que las partículas de plástico pueden absorber antibióticos, y estas propiedades de absorción se han examinado en varios estudios; sin embargo, el posible mecanismo responsable de las interacciones requiere una investigación más profunda en términos de una mayor interacción con los sistemas vivos. Además, el uso de mascarillas quirúrgicas desechables y botellas de plástico ha aumentado el riesgo de contaminación plástica para los sistemas vivos como los humanos. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo examinar las características de sorción entre los antibióticos (amoxicilina y espiramicina) y las partículas de plástico de máscaras quirúrgicas y botellas de plástico a través de experimentos de sorción por lotes. En el estudio, sus interacciones superficiales se caracterizaron utilizando enfoques multiespectroscópicos que incluyen FTIR, espectrometría Raman y SEM-EDX, y se examinaron varios indicadores de superficie (por ejemplo, oxidación superficial, deformación y potencial biológico). Los resultados de la sorción mostraron que la cinética de adsorción y la isoterma de amoxicilina y espiramicina en micro(nano)plásticos de máscaras quirúrgicas y botellas de plástico se ajustan estrechamente al modelo cinético de pseudo-segundo orden y la isoterma de Langmiur. Estos resultados indicaron que la evidencia de la interacción de los antibióticos con las partículas fueron los cambios en las intensidades de los grupos funcionales de la superficie y el cambio ascendente, y esto se correlacionó con la sorción de antibióticos en plásticos de tamaño micro(nano). La relación C/N de las partículas de plástico antes y después del tratamiento con antibióticos se utilizó como indicador de la interacción biológica de la superficie, y los resultados mostraron que las relaciones C/N de las partículas de la máscara quirúrgica aumentaron con ambos tipos de sorción de antibióticos. Sin embargo, el C/N de las partículas de las botellas de plástico mostró dependencia del tipo de antibiótico. Los indicadores de deformación superficial (por ejemplo, índices O/C, C═ O,═ C C y O–H) mostraron que las relaciones O/C de micro(nano)plásticos de máscaras quirúrgicas fueron mayores con la sorción de amoxicilina y espiramicina, y los índices C═O se vincularon positivamente con las etapas de sorción de amoxicilina, mientras que el C═C y O–H tuvieron una correlación negativa con las etapas de sorción de amoxicilina. Además, la sorción de amoxicilina influyó en la relación O/C y los índices de O–H y═ C-C de micro(nano)plásticos de botellas de plástico de una manera limitada. Los grupos═ CO de los micro(nano)plásticos de las botellas de plástico se vieron influenciados positivamente por las etapas de sorción de espiramicina, mientras que se vincularon negativamente con las etapas de sorción de amoxicilina. En general, los hallazgos de los indicadores de superficie indicaron que los micro(nano)plásticos de las mascarillas quirúrgicas pueden estar más influenciados por la sorción de antibióticos en comparación con las botellas de plástico.Recent studies have shown that plastic particles can sorb antibiotics, and these sorption properties have been examined in various studies; however, the possible mechanism responsible for the interactions requires a deeper investigation in terms of further interaction with living systems. Moreover, the usage of disposable surgical masks and plastic bottles has increased the plastic pollution risk for living systems like humans. Therefore, this study aimed to examine the sorption characteristics between antibiotics (amoxicillin and spiramycin) and plastic particles from surgical masks and plastic bottles through batch sorption experiments. In the study, their surface interactions were characterized using multispectroscopic approaches including FTIR, Raman spectrometry, and SEM-EDX, and various surface indicators (e.g., surface oxidation, deformation, and biological potential) were examined. The sorption results showed that adsorption kinetics and the isotherm of amoxicillin and spiramycin on micro(nano)plastics from surgical masks and plastic bottles closely fit the pseudo-second-order kinetic model and Langmiur isotherm. These results indicated that the evidence for the antibiotic interaction with particles was changes in the surface functional group intensities and up-shifting, and this correlated with the sorption of antibiotics on micro(nano)-sized plastics. The C/N ratio of the plastic particles before and after antibiotic treatment was used as an indicator for the surface biological interaction, and the results showed that C/N ratios of surgical mask particles increased with both types of antibiotic sorption. However, the C/N of the particles from plastic bottles showed antibiotic type-dependence. The surface deformation indicators (e.g., O/C, C═O, C═C, and O–H indices) showed that the O/C ratios of micro(nano)plastics from surgical masks were higher with the amoxicillin and spiramycin sorption, and the C═O indices were positively linked with the amoxicillin sorption stages, whereas the C═C and O–H had a negative correlation with the amoxicillin sorption stages. Moreover, amoxicillin sorption influenced the O/C ratio and indices of O–H and C═C of micro(nano)plastics from plastic bottles in a limited manner. The C═O groups of the micro(nano)plastics from plastic bottles were positively influenced by the spiramycin sorption stages, whereas it was negatively linked with amoxicillin sorption stages. Overall, the findings from surface indicators indicated that the micro(nano)plastics from surgical masks can be more influenced with antibiotic sorption compared to plastic bottles.أظهرت الدراسات الحديثة أن الجسيمات البلاستيكية يمكن أن تمتص المضادات الحيوية، وقد تم فحص خصائص الامتصاص هذه في دراسات مختلفة ؛ ومع ذلك، فإن الآلية المحتملة المسؤولة عن التفاعلات تتطلب تحقيقًا أعمق من حيث مزيد من التفاعل مع الأنظمة الحية. علاوة على ذلك، أدى استخدام الأقنعة الجراحية والزجاجات البلاستيكية التي تستخدم لمرة واحدة إلى زيادة مخاطر التلوث البلاستيكي للأنظمة الحية مثل البشر. لذلك، هدفت هذه الدراسة إلى فحص خصائص الامتصاص بين المضادات الحيوية (أموكسيسيلين وسبيراميسين) والجسيمات البلاستيكية من الأقنعة الجراحية والزجاجات البلاستيكية من خلال تجارب الامتصاص على دفعات. في الدراسة، تم تمييز تفاعلاتها السطحية باستخدام مناهج متعددة الأطياف بما في ذلك FTIR و Raman Spectrometry و SEM - EDX، وتم فحص مؤشرات سطحية مختلفة (على سبيل المثال، الأكسدة السطحية والتشوه والإمكانات البيولوجية). أظهرت نتائج الامتصاص أن حركية الامتزاز ومتساوي حرارة الأموكسيسيلين والسبيراميسين على المواد البلاستيكية الدقيقة(النانوية) من الأقنعة الجراحية والزجاجات البلاستيكية تتناسب بشكل وثيق مع النموذج الحركي من الدرجة الثانية الزائفة ومتساوي حرارة لانغميور. أشارت هذه النتائج إلى أن الدليل على تفاعل المضادات الحيوية مع الجسيمات هو التغيرات في شدة المجموعة الوظيفية السطحية والانتقال إلى الأعلى، وهذا يرتبط بامتصاص المضادات الحيوية على المواد البلاستيكية الدقيقة(النانوية). تم استخدام نسبة C/N من جزيئات البلاستيك قبل وبعد العلاج بالمضادات الحيوية كمؤشر للتفاعل البيولوجي السطحي، وأظهرت النتائج أن نسب C/N من جزيئات القناع الجراحي زادت مع كلا النوعين من امتصاص المضادات الحيوية. ومع ذلك، أظهر C/N من الجسيمات من الزجاجات البلاستيكية الاعتماد على نوع المضادات الحيوية. أظهرت مؤشرات تشوه السطح (على سبيل المثال، مؤشرات═ O/═C و CO و C C و O - H) أن نسب O/C للبلاستيك الدقيق(النانو) من الأقنعة الجراحية كانت أعلى مع امتصاص الأموكسيسيلين والسبيراميسين، وارتبطت═ مؤشرات CO بشكل إيجابي بمراحل امتصاص الأموكسيسيلين، في حين أن═ C و O - H كان لهما ارتباط سلبي مع مراحل امتصاص الأموكسيسيلين. علاوة على ذلك، أثر امتصاص الأموكسيسيلين على نسبة O/C ومؤشرات O - H و═ C C للبلاستيك الدقيق(النانو) من الزجاجات البلاستيكية بطريقة محدودة. تأثرت مجموعات═ CO من اللدائن الدقيقة(النانوية) من الزجاجات البلاستيكية بشكل إيجابي بمراحل امتصاص سبيراميسين، في حين كانت مرتبطة سلبًا بمراحل امتصاص أموكسيسيلين. بشكل عام، أشارت النتائج من المؤشرات السطحية إلى أن المواد البلاستيكية الدقيقة(النانوية) من الأقنعة الجراحية يمكن أن تتأثر بشكل أكبر بامتصاص المضادات الحيوية مقارنة بالزجاجات البلاستيكية.