Este bine cunoscut faptul că microplasticul reprezintă o problemă: sunt particule mici de plastic, aproape invizibile, care pot afecta mediul înconjurător, de exemplu, dacă sunt ingerate de animale. Cu toate acestea, a fost dificil să se evalueze efectul particulelor chiar mai mici, care nu pot fi detectate cu ușurință cu ajutorul metodelor tradiționale. Este vorba despre particulele de plastic cu un diametru mai mic de un micrometru: nanoplasticul. Aceste particule foarte mici pot fi chiar absorbite de către celulele vii.
La TU Wien (Viena) s-a reușit dezvoltarea unei metode de măsurare care poate detecta chiar și particulele individuale de nanoplastic – cu o sensibilitate și o viteză mult mai mari decât tehnicile anterioare. Aceste rezultate au fost publicate în revista Scientific Reports și preluate de ScienceDaily. Noua metodă are acum potențialul de a deveni baza pentru noi dispozitive de măsurare utilizate în analiza mediului.
Detectarea moleculelor prin lungime de undă
„Folosim un principiu fizic care a fost folosit și în analiza chimică, respectiv dispersia Raman”, explică Sarah Skoff, liderul grupului de cercetare „Optică cuantică solidă și nanofotonica” de la TU Wien. În acest proces, moleculele sunt iluminate cu un fascicul laser, ceea ce le face să vibreze. O parte din energia luminii laser este convertită în energie vibratorie, în timp ce restul energiei este reemis sub formă de lumină.
Măsurând această lumină și comparându-i energia cu cea a fasciculului laser emis inițial, se determină energia vibratorie a moleculei – iar datorită faptului că moleculele diferite vibrează în moduri diferite, este posibil să se afle despre ce moleculă este vorba.
„Însă spectroscopia Raman obișnuită nu ar fi potrivită pentru detectarea celor mai mici dintre nanoplastice”, spune Sarah Skoff. „Ar fi mult prea insensibilă și ar dura mult prea mult.” Echipa de cercetare a trebuit, așadar, să caute efecte fizice care să poată îmbunătăți semnificativ această tehnică.
Trucul cu grila de aur
Pentru a face acest lucru, au adaptat o metodă care a fost deja utilizată într-o formă similară pentru detectarea biomoleculelor. Mostrele sunt plasate pe o grilă extrem de fină făcută din aur. Firele individuale de aur au o grosime de doar 40 de nanometri și sunt separate între ele la o distanță de aproximativ 60 de nanometri. „Această grilă de metal acționează ca o antenă„, explică Sarah Skoff. „Lumina laserului este amplificată în anumite puncte – astfel, interacțiunea cu moleculele este mult mai intensă acolo. Există și o interacțiune între moleculă și electronii din rețeaua metalică, ceea ce face ca semnalul luminos provenit de la molecule să fie amplificat suplimentar.”
În spectroscopia Raman obișnuită, lumina emisă ulterior de molecule este în mod normal descompusă în toate lungimile sale de undă pentru a identifica despre ce moleculă este vorba. Cu toate acestea, echipa de la TU Wien a putut arăta că tehnica poate fi simplificată: „Știm care sunt lungimile de undă caracteristice ale particulelor de nanoplastic, așa că căutăm foarte specific semnale la aceste lungimi de undă„, explică Skoff. „Am reușit să arătăm că aceasta poate îmbunătăți viteza de măsurare de mai multe ordine de mărime. În trecut, trebuia să măsurați zece secunde pentru a obține un singur pixel al imaginii căutate – la noi, durează doar câteva milisecunde.”
Experimentele cu polistiren au arătat că, chiar și la această viteză foarte mare, particulele de nanoplastic pot fi detectate cu precizie – chiar și la concentrații extrem de scăzute. Spre deosebire de alte metode, această tehnică permite chiar și detectarea particulelor individuale.
Baza pentru noi dispozitive de măsurare
Echipa de cercetare dorește acum să investigheze mai în detaliu aplicațiile potențiale ale noii tehnici – de exemplu, modul în care poate fi utilizată pentru a detecta nanoplasticul în mostre relevante din punct de vedere ecologic și biologic, cum ar fi sângele. „În orice caz, am reușit acum să demonstrăm că principiul fizic de bază funcționează„, spune Sarah Skoff. „În principiu, acest lucru pune bazele pentru dezvoltarea de noi dispozitive de măsurare care ar putea fi utilizate în viitor pentru a examina mostre direct în mediul natural, în afara laboratorului.”
Studiu: Filtrele de țigară sunt extrem de toxice pentru mediul acvatic
