Wykrywanie nanoplastiku w powietrzu - przełom?

Duże kawałki plastiku rozpadają się na nanocząsteczki, które często trafiają do gleby i wody. Mało kto wie, że mogą również unosić się w powietrzu. Nie jest do końca przebadane, w jaki sposób nanoplastiki wpływają na zdrowie człowieka, ale badania na zwierzętach sugerują, że są one potencjalnie szkodliwe. W ramach kroku w kierunku lepszego zrozumienia rozpowszechnienia nanoplastików w powietrzu, opracowany został czujnik, który wykrywa te cząstki i określa ich rodzaje, ilości oraz rozmiary za pomocą kolorowych warstw węglowych.

„Nanoplastiki są poważnym problemem, jeśli znajdują się w powietrzu, którym oddychamy, dostają się do płuc i potencjalnie powodują problemy zdrowotne” – mówi dr Raz Jelinek, główny badacz projektu. „Prosty, niedrogi detektor, taki jak nasz, może mieć ogromne implikacje i pewnego dnia ostrzeże ludzi o obecności nanoplastików w powietrzu, umożliwiając im podjęcie działań”.

Każdego roku produkuje się i wyrzuca miliony ton plastiku. Niektóre tworzywa sztuczne powoli ulegają erozji podczas użytkowania lub po ich usunięciu, zanieczyszczając otaczające środowisko mikro- i nanocząsteczkami. Nanoplastiki są tak małe – generalnie mniej niż 1 µm szerokości – i lekkie, że mogą nawet unosić się w powietrzu, gdzie są wdychane przez ludzi. Badania na zwierzętach sugerują, że spożywanie i wdychanie tych nanocząstek może mieć szkodliwe skutki. Dlatego pomocne może być poznanie poziomów zanieczyszczenia powietrza nanoplastikami w środowisku. Coś jak określanie poziomów, czy progów zanieczyszczeń smogowych.

Jak działa czujnik wykrywający nanoplastiki w powietrzu

Kropki węglowe powstają, gdy materiał wyjściowy zawierający dużo węgla, taki jak cukier lub inna materia organiczna, jest podgrzewany w umiarkowanej temperaturze przez kilka godzin – mówi jeden z naukowców, biorących udział w projekcie. Podczas ogrzewania materiał zawierający węgiel rozwija się w kolorowe, często fluorescencyjne cząstki wielkości nanometrów zwane „kropkami węglowymi”. A zmieniając materiał wyjściowy, kropki węglowe mogą mieć różne właściwości powierzchni, które mogą przyciągać różne molekuły.

Aby stworzyć bakteryjny "e-nos", zespół nałożył cienkie warstwy różnych kropek węglowych na maleńkie elektrody. Użyli elektrod naprzemiennych, które mają dwie strony z przeplatanymi strukturami przypominającymi grzebienie. Pomiędzy obiema stronami powstaje pole elektryczne, a zmagazynowany ładunek nazywany jest pojemnością. „Kiedy coś dzieje się z kropkami węglowymi – albo adsorbują one cząsteczki gazu, albo kawałki nanoplastiku – następuje zmiana pojemności, którą możemy łatwo zmierzyć”.

Następnie naukowcy przetestowali czujnik sprawdzający poprawność koncepcji dla nanoplastików w powietrzu, wybierając kropki węglowe, które absorbowałyby popularne rodzaje plastiku – polistyren, polipropylen i poli (metakrylan metylu). W eksperymentach nanoskalowe cząstki plastiku zostały poddane aerozolowaniu, dzięki czemu unoszą się w powietrzu. A kiedy elektrody pokryte warstwami węglowymi zostały wystawione na działanie nanoplastiku unoszącego się w powietrzu, zespół zaobserwował sygnały, które były różne dla każdego rodzaju materiału. Ponieważ ilość nanoplastików w powietrzu wpływa na intensywność generowanego sygnału, toteż obecnie czujnik może raportować ilość cząstek z określonego rodzaju tworzywa sztucznego powyżej lub poniżej ustalonego progu stężenia.

Następnym krokiem zespołu badawczego jest sprawdzenie, czy ich system jest w stanie rozróżnić rodzaje plastiku w mieszaninach nanocząstek. Podobnie jak kombinacja kropek węglowych w bakteryjnym e-nosie rozróżniała gazy o różnej polaryzacji, Jelinek twierdzi, że prawdopodobnie można by ulepszyć czujnik nanoplastiku, aby rozróżnić dodatkowe typy i rozmiary nanoplastików. Zdolność do wykrywania różnych tworzyw sztucznych w oparciu o ich właściwości powierzchniowe sprawiłaby, że czujniki nanoplastyczne byłyby przydatne do śledzenia tych cząstek w szkołach, budynkach biurowych, domach i na zewnątrz.