Vědci na University of Stuttgart vytvořili „optické síto“ schopné detekovat minutové nanoplastické částice. Tato inovace, stejně jako testovací pás, je navržena tak, aby poskytovala nový analytický nástroj pro výzkum životního prostředí a zdraví.
Vědci z University of Stuttgart v Německu a University of Melbourne v Austrálii zavedli jednoduchý způsob, jak analyzovat velmi malé nanoplastické částice ve vzorcích prostředí. Tento přístup se spoléhá na standardní optický mikroskop a nově navržený testovací pás zvaný optický síto. Zjištění jsou uvedena v Photonika přírody.
„Zkušební pás může sloužit jako jednoduchý analytický nástroj ve výzkumu životního prostředí a zdraví,“ vysvětluje prof. Harald Giessen, vedoucí 4. fyzického institutu University of Stuttgart. „V blízké budoucnosti budeme pracovat na analýze nanoplastických koncentrací přímo na místě. Ale naše nová metoda by však mohla být také použita k testování krve nebo tkáně pro nanoplastické částice.“
Nanoplastika jako nebezpečí pro lidi a životní prostředí
Plastový odpad patří mezi nejnaléhavější globální výzvy 21. století. Znepokojuje oceány, řeky a pláže a mikroplasty byly nalezeny v živých organismech. Až donedávna vědci zkoumali hlavně větší fragmenty plastu. Důkazy nyní poukazují na ještě více o hrozbě: nanoplastické částice.
Tyto částice jsou mnohem menší než šířka lidských vlasů, tvoří se jako větší kousky plastu a nelze je vidět pouhým okem. Ve velikostech submikrometrů mohou také procházet biologickými bariérami, včetně kůže a hematoencefalické bariéry.
Změny barev zviditelní malé částice
Kvůli malé velikosti částic jejich detekce představuje zvláštní výzvu. Výsledkem je, že v našem chápání toho, jak částice ovlivňují organismy, ale také nedostatek rychlých a spolehlivých metod detekce.
Ve spolupráci s výzkumnou skupinou z Melbourne v Austrálii nyní vědci na University of Stuttgart vyvinuli novou metodu, která může rychle a cenově dostupně detekovat takové malé částice. Změny barev na speciálním testovacím proužku zviditelní nanoplasty v optickém mikroskopu a umožňují vědcům spočítat počet částic a určit jejich velikost.
„Ve srovnání s konvenčními a široce používanými metodami, jako je skenovací elektronová mikroskopie, je nová metoda výrazně levnější, nevyžaduje provozování vyškoleného personálu a snižuje čas potřebný pro podrobnou analýzu,“ vysvětluje Dr. Mario Hentschel, vedoucí laboratoře mikrostruktury ve 4. ústavu fyziky.
Optické síto místo drahého elektronového mikroskopu
„Optické síto“ používá rezonanční účinky v malých otvorech, aby zviditelnily nanoplastické částice. Studie optických účinků v takových dírách byla poprvé publikována výzkumnou skupinou na University of Stuttgart v roce 2023. Proces je založen na malých depresích, známých jako Mie Voids, které jsou vyleptány do polovodičového substrátu.
V závislosti na jejich průměru a hloubce díry charakteristicky interagují s dopadajícím světlem. To má za následek jasnou barevnou odraz, který lze vidět v optickém mikroskopu. Pokud částice spadá do jedné z odsazení, její barva se znatelně změní. Jeden lze tedy z měnící se barvy odvodit, zda je částice přítomna v prázdnotě.
„Testovací pás funguje jako klasický síto,“ vysvětluje Dominik Ludescher, PhD student a první autor publikace v „Nature Photonics“. Částice v rozmezí od 0,2 do 1 um tedy lze bez problémů zkoumat. „Částice jsou filtrovány z kapaliny pomocí síta, ve kterém lze velikost a hloubka otvorů přizpůsobit nanoplastickým částic a následně lze detekovat výslednou změnu barvy. To nám umožňuje určit, zda jsou dutiny vyplněny nebo prázdné.“
Lze určit číslo, velikost a distribuce velikosti částic
Použitá nová metoda detekce může udělat ještě více. Pokud je síto vybaveno dutinou různých velikostí, v každé díře se bude shromažďovat pouze jedna částice vhodné velikosti.
„Pokud je částice příliš velká, nebude se hodit do prázdnoty a během procesu čištění bude jednoduše propláchnutá,“ říká Ludescher. „Pokud je částice příliš malá, bude špatně přidržovat studnu a během čištění bude odplavena.“ Tímto způsobem mohou být testovací proužky upraveny tak, aby velikost a počet částic v každé jednotlivé díře bylo stanoveno z odražené barvy.
Zkoumané syntetizované vzorky životního prostředí
Pro jejich měření vědci použili sférické částice různých průměrů. Jsou k dispozici ve vodných roztocích se specifickými nanočásticemi. Protože skutečné vzorky z vodních útvarů se známými koncentracemi nanočástic nejsou dosud k dispozici, tým sám vytvořil vhodný vzorek.
Vědci použili vzorek vody z jezera, který obsahoval směs písku a dalších organických složek a přidal sférické částice ve známých množstvích. Koncentrace plastových částic byla 150 ug/ml. Pro tento vzorek byl také stanoven počet a velikost distribuce nanoplastických částic pomocí „optického síta“.
Lze použít jako testovací pás
„V dlouhodobém horizontu bude optické síto použito jako jednoduchý analytický nástroj ve výzkumu životního prostředí a zdraví. Technologie by mohla sloužit jako mobilní testovací pás, který by poskytoval informace o obsahu nanoplastů ve vodě nebo půdě přímo na místě,“ vysvětluje Hentschel.
Tým nyní plánuje experimenty s nanoplastickými částicemi, které nejsou kulové. Vědci také plánují prozkoumat, zda lze tento proces použít k rozlišení mezi částicemi různých plastů. Zajímají se také zejména o spolupráci s výzkumnými skupinami, které mají specifické odborné znalosti při zpracování skutečných vzorků z vodních útvarů.
Reference: „Optické síto pro nanoplastickou detekci, dimenzování a počítání“ D. Ludescherem, L. Wesemannem, J. Schwabem, J. Karst, SB Sulejman, M. UBL, Bo Clarke, A. Roberts, H. Giessen a M. Hentschel, 8. září 2025, Photonika přírody.
Dva: 10.1038/S41566-025-01733-X
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
