Datenbank des MikAlp Projekts

Gewebe Proben für die Mikroplastikanalytik

Probenmanagement und Handling zur Charakterisierung von Mikroplastik

Gewebe Proben für die Mikroplastikanalyse
Während bereits Richtlinien für die Mikroplastik Analytik für Trinkwasser existieren sieht es für Gewebeproben von Mensch und Tier anders aus. Die derzeitige Analytik von Mikro- und Nanoplastik in menschlichem Gewebe ist noch nicht standardisiert. Es existiert weder ein einheitliches Probenvorbereitungsverfahren noch eine allgemein anerkannte Kombination aus Extraktion, Reinigung und Detektion. Viele publizierte Studien unterscheiden sich erheblich hinsichtlich Probenlagerung, Aufschluss, Filtration, Kontaminationskontrolle, Messverfahren, Größenklassifizierung und Ergebnisdarstellung. Dadurch sind die Ergebnisse verschiedener Studien auch nur eingeschränkt miteinander vergleichbar. Auch das MikAlp Konsortium kann hier keine klare Empfehlung aussprechen. Vielmehr sollten Labore, die mit der Aufgabe betraut wurden menschliches oder tierisches Gewebe auf Mikroplastik zu untersuchen, besonders auf Kontaminationsvermeidung durch Kontakt der Proben mit Kunststoffteilen achten. Zudem sollte nicht einfach ein einzelnes Literaturverfahren übernommen werden, sondern ein reproduzierbarer Workflow mit guter Qualitätskontrolle aufgebaut und validiert werden.
Es gibt derzeit noch kein etabliertes Standardverfahren für die vollständige Bestimmung von Mikro- und Nanoplastik in menschlichem Gewebe. Die größte Herausforderung ist dabei weniger die eigentliche Identifizierung mittels FTIR oder Raman als vielmehr die kontaminationsarme Probenvorbereitung, effiziente Matrixentfernung, Vermeidung von Partikelverlusten und reproduzierbare Quantifizierung.
Für ein Labor, das heute ein belastbares Verfahren etablieren möchte, erscheint deshalb ein mehrstufiges Verfahren aus kontrollierter Probenahme, KOH-/enzymatischem Aufschluss, nicht-plastischer Filtration, μ-FTIR für größere Partikel und μ-Raman für kleinere Partikel, ergänzt durch konsequente Prozessblanks und Recovery-Versuche, als der sinnvollste Ausgangspunkt.
Wichtig ist allerdings: Das ist keine Empfehlung und keine Beschreibung einer bereits etablierten Methode. Dieser Vorschlag kann bestenfalls als Ausgangspunkt für die Entwicklung eines Verfahrens für die jeweilige Gewebematrix genutzt werden.

Probenahme und Lagerung
• Die Kontamination während der Probenahme ist eines der größten Probleme. Kunststoffpartikel können aus der Umgebungsluft, von Arbeitsflächen, Kleidung, Verbrauchsmaterialien und Laborgeräten in die Probe gelangen. Deshalb sollte die gesamte Probenkette möglichst plastikarm gestaltet werden.
• Probenahmeblank erstellen. Damit lässt sich später abschätzen, wie viele Partikel nicht aus dem Gewebe selbst, sondern aus der Probenahme stammen.
• Proben möglichst in Glas- oder Metallgefäßen entnehmen und bearbeiten.
• Kunststoffmaterialien soweit wie möglich vermeiden.
• Proben unmittelbar nach der Entnahme einfrieren; Lagerung bei −80 °C.
• Bei bereits fixiertem oder in Paraffin eingebettetem Gewebe muss berücksichtigt werden, dass die Fixierung bzw. Einbettung die spätere Analytik beeinflussen kann.

Kontaminationskontrolle und Vermeidung
Eine vollständige Kontaminationsfreiheit ist praktisch nicht erreichbar. Deshalb muss die Kontamination quantifiziert und kontrolliert werden
Mehrstufiges Blank-Konzept:
Labor-/Luftblank: Offener Filter bzw. Gefäß wird während der gesamten Bearbeitung exponiert.
Prozessblank: Identischer kompletter Aufschluss- und Filtrationsprozess, jedoch ohne Gewebe.
Probenahmeblank: Kontrolle möglicher Kontamination bereits bei der Entnahme.
Recovery-Test: Gewebe bzw. eine geeignete Matrix wird mit einer bekannten Menge definierter Kunststoffpartikel versetzt und anschließend vollständig analysiert. Damit lässt sich nicht nur die Kontamination, sondern auch die Partikelverluste während des Aufschlusses, der Reinigung und Filtration bestimmen.
Dedizierte Arbeitsbereiche: Laminar-Flow-Bedingungen bzw. geeignete Abzüge, Baumwollkleidung und die Verwendung von Glas- und Metallutensilien. Arbeitsflächen und Geräte sollten vor der Bearbeitung gereinigt werden.

Aufschluss des Gewebes
Die Mikroplastik-Partikel der Probe sollten von organischen Bestandteilen durch einen Matrixaufschluss getrennt werden. Ziel ist dabei, Proteine, Lipide und andere organische Bestandteile des Gewebes zu entfernen und die Kunststoffpartikel freizusetzen.
Die Wahl des Aufschlusses sollte an die Gewebematrix angepasst und experimentell validiert werden. Dabei auch die Aufschlussausbeute und die Stabilität der verschiedenen Polymere gegenüber dem Aufschluss prüfen.
Ultraschall kann die Freisetzung und Dispersion von Partikeln unterstützen.
Vorschläge für Aufschlüsse:
Matrixaufschluss mit 10 % KOH je nach Gewebe zwischen 48 Stunden bis zu 14 Tagen.
Matrixaufschluss mit 30 % H₂O₂ je nach Gewebe zwischen 48 Stunden bis zu 14 Tagen.
Kombiniert KOH + H₂O₂
Enzymatischer Aufschluss, als schonender und insbesondere für protein- bzw. fettreiche Gewebe interessanter Aufschluss.

Reinigung und Filtration
Die Reinigung/Dichtetrennung gefolgt von einer Filtration wird in den meisten Fällen nötig sein, um Probleme bei der anschließenden Analytik der Mikroplastikpartikel zu vermeiden. Bei der Wahl der Filter sollte Kunststoff nach Möglichkeit vermieden werden.
Beispiele für Filtermaterialien sind: Glasfaser-, Aluminiumoxid-, Edelstahl- und Silberfilter.

Analytische Methoden
Meist kann keine einzelne Methode alle Fragestellungen abdecken. Eine Kombination komplementärer Verfahren ist deshalb am sinnvollsten.

μ-FTIR
• eindeutige Polymeridentifizierung über Spektren,
• relativ schnelle Analyse vieler Partikel,
• zerstörungsfrei,
• etablierte Spektrenbibliotheken,
• gute Reproduzierbarkeit.
Die wesentliche Einschränkung liegt in der Partikelgröße: Die räumliche Auflösung liegt typischerweise bei etwa 10–20 µm; Nanoplastik kann damit nicht erfasst werden (LD-IR ungefähr im Bereich 20–500 µm).

μ-Raman
• μ-Raman ergänzt FTIR insbesondere für kleinere Partikel. Nachweise bis etwa 1 µm.
Raman besitzt eine hohe räumliche Auflösung und erlaubt gleichzeitig Polymeridentifizierung und morphologische Charakterisierung.

Pyrolyse-GC/MS bzw. thermische Verfahren
Diese Verfahren liefern vor allem eine Massenkonzentration der verschiedenen Polymere, nicht die Anzahl und Größe einzelner Partikel.
Sie sind daher eine sehr interessante komplementäre Methode, insbesondere wenn die Gesamtmasse der Polymere bestimmt werden soll. Der Nachteil ist, dass durch die Pyrolyse Informationen über Partikelzahl, Form und Größe verloren gehen. Außerdem können Polymerverluste bzw. thermische Degradation zu Minderbefunden führen.

Mikroskopie
Optische Mikroskopie, SEM und TEM sind vor allem zur morphologischen Charakterisierung geeignet. Sie können die chemische Identifizierung jedoch nicht zuverlässig allein leisten. Daher sollten sie mit FTIR, Raman oder anderen chemischen Methoden kombiniert werden.

Blank- und Recovery-Korrektur
Abschließend sollte eine entsprechende Blank und Recovery-Korrektur durchgeführt werden. Die Ergebnisse sollten für Mikro- und Nanoplastik getrennt dargestellt werden, da die Größenverteilung der Plastikpartikel unterschiedliche physikalisch-chemischen Eigenschaften aufweisen, die für die Bewertung der gesundheitlichen Auswirkungen relevant sind.

Literatur und weiterführende Links

1. Dmitrowicz, A., Sacharczuk, M. & Skiba, D. (2026): Micro- and nanoplastics in human biological materials: a systematic review of detection methods and methodological challenges. Springer Nature Link. Verfügbar unter: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s00204-026-04392-1.pdf [Zugriff am 21.10.2026].