Til fragmentekstraktion brugte vi olivenolie til at udføre en meget skånsom proces for delvist bionedbrudt polyurethan, men bionedbrydning gjorde polymeren mindre hydrofob, hvilket er drivkraften for forbedret ekstraktionseffektivitet. Her kombinerede vi ultralydsbehandling for at deagglomere plastikfragmenter knyttet til andre kompostpartikler, oxidation for at fjerne organisk baggrund og sikre korrekt identifikation ved Raman-spektroskopi og tæthedsseparation for at fjerne Fenton-rester og uorganiske komponenter i komposten. Det er tidligere blevet vist, at partikelstørrelsesfordelingen, overfladetekstur og overfladekemi af aromatisk-alifatiske polyestere ikke blev påvirket. I blankkomposten fandt vi en stor del af kompostfragmenterne uden specifikke Raman-spektre (tilskrevet autofluorescerende ligninrige partikler, silikater og fedtsyreestere) samt fragmenter af polypropylen, polyethylen, polytetrafluorethylen og polystyren. Ultralydsbehandling ændrede ikke signifikant partikelstørrelsesfordelingen af fragmenterne. Deagglomerering blev udført ved hjælp af ultralydsbehandling. Test af egnetheden af det sure densitetsseparationsmedium ZnCl2: En portion (1 uge) af kompostpolymererne blev analyseret umiddelbart efter ekstraktion og derefter genanalyseret efter 1 måneds opbevaring i en ZnCl2-baseret ekstraktionsopløsning med identiske resultater.
For at etablere fragmenteringskinetik blev resultaterne af partikelekstraktion og μ-Raman-analyse sorteret efter størrelse og kemisk sammensætning (Tabel S2-S5), der viser størrelsesfordelingen af fragmenter identificeret som aromatiske alifatiske polyestere i hver kompost for hver prøveudtagningsperiode. Ved begyndelsen af komposteringen var antallet af fragmenter af LDPE og ecovio-polymerer sammenligneligt (næsten 10,000 pr. gram kompost), men efter 26 uger faldt antallet af ecovio-fragmenter med 3 størrelsesordener til 3 ± 3 pr. gram (grønne søjler viser størrelsesfordelingen af replikatprøver med et samlet antal på 5 partikler). Denne endelige optælling var ikke signifikant sammenlignet med blanktællingen på 5 ± 5 pr. gram (tabel S1). Resultaterne er i overensstemmelse med konstateringen af, at 90 % af plastkulstoffet blev biomineraliseret til CO2, og viser også en reduktion af påviselige partikler til blindværdier. Derimod faldt antallet af LDPE kun med 7 %, hvilket ikke er signifikant for usikkerheden ved gentagne analyser.
μ-Raman-mikroskopi er meget selektiv for polymertyper og har bedre rumlig opløsning end IR-mikroskopi, men er stadig begrænset i denne henseende. Fluorescensmikroskopi forbedrer rumlig opløsning og bevarer grundlæggende specificitet gennem Nile Red-farvning. Nile Red kan dog plette naturligt forekommende kompostpartikler eller anden mikroplast og derved øge antallet af partikler. Derfor præ-mærkede vi den samme aromatisk-alifatiske polyester med et fluorescerende farvestof (Lumogen Yellow). Fluorescens-superpositionen af Lumogen Yellow pre-mærkning og Nile Red post-mærkning, såvel som det fremragende match af de respektive størrelsesfordelinger, viser tilstrækkelig specificitet. Analyse af fragmenteringsdynamik ved fluorescensmikroskopi afslørede afhængighed af fragmentstørrelse mere tydeligt end μ-Raman-mikroskopi: de største fragmenter (125−2000 μm) henfaldt monotont fra begyndelsen; 75−125 μm fraktionen stagnerede indledningsvis og begyndte først at henfalde efter 1 uge; 25−75 μm fraktionen steg tre gange fra begyndelsen til 1 uge og faldt derefter; den mindste påviselige fraktion, 3−25 μm, fortsatte med at stige i løbet af 10 uger og faldt derefter. Efter 26 uger vendte alle fraktioner tilbage til baseline. Accinelli et al. observerede også en kontinuerlig omfordeling fra større til mindre størrelser i jord, men fulgte ikke de sidste stadier af nedbrydning som her.
I 25-75 μm partikelområdet skyldes den intermitterende generation, der overstiger tabet af større partikler, deres fragmentering, ikke kun deres krympning. Imidlertid kan partikelkrympning forårsaget af overfladeerosion være tilstrækkelig til at forklare den forsinkede generering og nedbrydning af 3-25 μm størrelsesregionen. Det samlede antal fluorescensmikroskopi var højere end for μ-Raman-mikroskopi på grund af dets højere opløsning og bedre evne til at segmentere partikler i heterogene eller homogene aggregater. Disse komplementære teknikker bekræftede, at alle detekterbare størrelsesfragmenter blev yderligere nedbrudt, og ingen akkumulering af partikler blev påvist. Den effektive nedbrydning af små fragmenter skyldes proportionaliteten af den enzymatiske nedbrydningshastighed til det større specifikke overfladeareal af de mindre fragmenter, som forudsagt for enzymatisk overfladeerosion og bekræftet eksperimentelt. På grund af proportionaliteten bør udstrømningshastigheden af den størrelse (gennem erosion) ved en vis størrelse og tid overstige tilstrømningshastigheden af den størrelse (gennem fragmentering af større størrelser), og den resulterende størrelsesfordeling bør falde i retning af mindre størrelser; en top skal dukke op. I vores eksperimenter blev denne top observeret, især i 25-75μm fraktionen. Akkumuleringen af nanoplastiske fragmenter (under 1μm) er inkonsistent med modellen for kombineret fragmentering og erosion, men de nuværende eksperimentelle data med en detektionsgrænse på 3μm kan ikke udelukke generering af nanoplast ved andre mekanismer.
Enzymatisk spaltning fører til polymerkædebrud, som kan observeres i den molære massefordeling. Denne parameter kan måles selektivt for partikler. Vi fandt ud af, at selv efter 10 uger, hvor 50 % af det oprindelige polymercarbon blev omdannet til CO2, lignede polymererne, der udgør fragmenterne, stadig den oprindelige molære massefordeling. I modsætning hertil udviste partikler og polymerer i Soxhlet-ekstraheret komposter til stede i andre former (f.eks. opløst, adsorberet, bioassimileret) en progressivt faldende molær masse og en polydispers tilstand. Derfor fastslog vi, at depolymerisering er drivkraften for løsrivelsen af forkortede og mere hydrofile polymerkæder fra partiklerne på grund af svækket sammenfiltring og van der Waals-kræfter. De løsrevne polymerkæder kan bioabsorberes og omdannes til biomasse og CO2. Vi bestemte også bidraget fra de forskellige polymerer i sammensætningen ved at bruge GPC med brydningsindeks (RI) og ultraviolet (UV) detektion. Sammenligning mellem molmasserne af alle polymerer (GPC-RI, ) og dem af aromatisk-alifatiske polyestere viste, at PLA hydrolyserede hurtigere. Dette stemmer godt overens med sammensætningen af de resterende fragmenter, som gradvist skiftede fra de oprindelige ecovio-forbindelser til fragmenter med lavere PLA-indhold. Dette skift blev tilskrevet den temperatur-inducerede hurtige hydrolyse af PLA under industrielle komposteringsforhold ved 58 grader. Det er vigtigt at bemærke, at skiftet i sammensætning ikke er en "omdannelse", eftersom partikelantallet af alle polyesterfragmenter ) samtidig blev reduceret til blankniveauer. Fluorescensmikroskopi, som ikke er afhængig af tilpasning af spektrale biblioteker, giver flere beviser for at modbevise hypotesen om dannelsen af persistent mikroplast, da tællingerne af alle polymerfragmenter blev reduceret til tomme niveauer.