Μια Απλή Δοκιμαστική Λωρίδα Αποκαλύπτει την Αόρατη Απειλή των Νανοπλαστικών
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Στουτγκάρδη έχουν αναπτύξει μια «οπτική κόσκινο» ικανή να εντοπίζει μικροσκοπικά νανοπλαστικά σωματίδια. Λειτουργώντας σαν μια δοκιμαστική λωρίδα, αυτή η καινοτομία αποσκοπεί να προσφέρει ένα νέο εργαλείο ανάλυσης για την περιβαλλοντική και υγειονομική έρευνα.
Οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Στουτγκάρδη στη Γερμανία και το Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης στην Αυστραλία παρουσίασαν μια απλή μέθοδο ανάλυσης πολύ μικρών νανοπλαστικών σωματιδίων σε περιβαλλοντικά δείγματα. Η προσέγγιση βασίζεται σε έναν τυπικό οπτικό μικροσκόπιο και μια νέα σχεδιασμένη δοκιμαστική λωρίδα, γνωστή ως οπτική κόσκινο. Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Photonics.
«Η δοκιμαστική λωρίδα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα απλό εργαλείο ανάλυσης στην περιβαλλοντική και υγειονομική έρευνα», εξηγεί ο καθηγητής Harald Giessen, επικεφαλής του 4ου Ινστιτούτου Φυσικής του Πανεπιστημίου του Στουτγκάρδη. «Στο κοντινό μέλλον, θα εργαστούμε για την ανάλυση των συγκεντρώσεων νανοπλαστικών απευθείας στον τόπο. Αλλά η νέα μας μέθοδος θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή αίματος ή ιστού για την παρουσία νανοπλαστικών σωματιδίων».
Τα νανοπλαστικά ως απειλή για τον άνθρωπο και το περιβάλλον
Τα πλαστικά απόβλητα αποτελούν μια από τις πιο επείγουσες παγκόσμιες προκλήσεις του 21ου αιώνα. Μολύνουν ωκεανούς, ποτάμια και παραλίες, ενώ έχουν ανιχνευτεί μικροπλαστικά σε ζωντανούς οργανισμούς. Μέχρι πρόσφατα, οι ερευνητές επικεντρώνονταν κυρίως σε μεγαλύτερα θραύσματα πλαστικού. Τώρα όμως, τα στοιχεία υποδεικνύουν μια ακόμη πιο ανησυχητική απειλή: τα νανοπλαστικά σωματίδια.
Αυτά τα σωματίδια είναι πολύ μικρότερα από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας, σχηματίζονται καθώς μεγαλύτερα κομμάτια πλαστικού αποσυντίθενται και δεν μπορούν να παρατηρηθούν με γυμνό μάτι. Σε υπομικρομετρικά μεγέθη, μπορούν επίσης να διαπεράσουν βιολογικές φραγμούς, όπως το δέρμα και τον αιματοεγκεφαλικό φράγμα.
Αλλαγές χρώματος κάνουν τα μικροσκοπικά σωματίδια ορατά
Λόγω του μικρού μεγέθους των σωματιδίων, η ανίχνευσή τους αποτελεί μια ιδιαίτερη πρόκληση. Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν όχι μόνο κενά στην κατανόηση του πώς τα σωματίδια επηρεάζουν τους οργανισμούς, αλλά και έλλειψη γρήγορων και αξιόπιστων μεθόδων ανίχνευσης.
Σε συνεργασία με μια ερευνητική ομάδα από τη Μελβούρνη της Αυστραλίας, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Στουτγκάρδη ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο που μπορεί να ανιχνεύσει γρήγορα και οικονομικά τέτοια μικρά σωματίδια. Αλλαγές χρώματος σε μια ειδική δοκιμαστική λωρίδα κάνουν τα νανοπλαστικά ορατά σε έναν οπτικό μικροσκόπιο και επιτρέπουν στους ερευνητές να μετρήσουν τον αριθμό των σωματιδίων και να καθορίσουν το μέγεθός τους.
Οπτική κόσκινο αντί του ακριβού ηλεκτρονικού μικροσκοπίου
Η «οπτική κόσκινο» χρησιμοποιεί εφέ συντονισμού σε μικρές οπές για να κάνει τα νανοπλαστικά σωματίδια ορατά. Μια μελέτη για τα οπτικά εφέ σε τέτοιες οπές δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά από την ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου του Στουτγκάρδη το 2023. Η διαδικασία βασίζεται σε μικρές εσοχές, γνωστές ως Mie voids, που εγκολάπτονται σε ένα ημιαγωγό υπόστρωμα.
Ανάλογα με τη διάμετρο και το βάθος τους, οι οπές αλληλεπιδρούν χαρακτηριστικά με το προσπίπτον φως. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια έντονη ανάκλαση χρώματος που μπορεί να παρατηρηθεί σε έναν οπτικό μικροσκόπιο. Εάν ένα σωματίδιο πέσει σε μια από τις εσοχές, το χρώμα της αλλάζει αισθητά. Έτσι, μπορεί κανείς να συμπεράνει από την αλλαγή χρώματος εάν ένα σωματίδιο βρίσκεται στην οπή.
Αριθμός, μέγεθος και κατανομή μεγέθους σωματιδίων μπορούν να προσδιοριστούν
Η νέα μέθοδος ανίχνευσης μπορεί να κάνει ακόμη περισσότερα. Εάν η κόσκινο διαθέτει οπές διαφορετικών μεγεθών, μόνο ένα σωματίδιο κατάλληλου μεγέθους θα συγκεντρωθεί σε κάθε οπή.
Για τις μετρήσεις τους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν σφαιρικά σωματίδια διαφόρων διαμέτρων. Αυτά είναι διαθέσιμα σε υδατικά διαλύματα με συγκεκριμένα νανοσωματίδια. Επειδή πραγματικά δείγματα από υδάτινες μάζες με γνωστές συγκεντρώσεις νανοσωματιδίων δεν είναι ακόμη διαθέσιμα, η ομάδα παρήγαγε ένα κατάλληλο δείγμα μόνη της.
«Μακροπρόθεσμα, η οπτική κόσκινο θα χρησιμοποιηθεί ως ένα απλό εργαλείο ανάλυσης στην περιβαλλοντική και υγειονομική έρευνα. Η τεχνολογία θα μπορούσε να λειτουργήσει ως μια κινητή δοκιμαστική λωρίδα που θα παρέχει πληροφορίες για την περιεκτικότητα σε νανοπλαστικά στο νερό ή το έδαφος απευθείας στον τόπο», εξηγεί ο Hentschel.
Η ομάδα σχεδιάζει πλέον πειράματα με νανοπλαστικά σωματίδια που δεν είναι σφαιρικά. Οι ερευνητές σχεδιάζουν επίσης να διερευνήσουν αν η διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση μεταξύ σωματιδίων διαφορετικών πλαστικών. Είναι ιδιαίτερα ενδιαφερόμενοι για συνεργασία με ερευνητικές ομάδες που έχουν ειδική εμπειρία στην επεξεργασία πραγματικών δειγμάτων από υδάτινες μάζες.