Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Nanoplastics detecteren in fracties van een seconde met behulp van gemodificeerde Raman-spectroscopie

Schets van SERS-substraat met polystyreenkorrels (links) en scanning-elektronenmicroscoopafbeelding van SERS-substraat gebruikt voor de detectie van nanoplastic (rechts). Credit:Wetenschappelijke rapporten (2023). DOI:10.1038/s41598-023-37290-y

Microplastics zijn kleine, nauwelijks zichtbare plastic deeltjes die schade kunnen toebrengen aan het milieu, bijvoorbeeld als ze door dieren worden opgegeten. Het was echter moeilijk om het effect van nog kleinere deeltjes te beoordelen, die met conventionele methoden nauwelijks kunnen worden gedetecteerd:plastic deeltjes met een diameter van minder dan één micrometer die gewoonlijk 'nanoplastics' worden genoemd. Dergelijke kleine deeltjes kunnen zelfs in levende cellen worden opgenomen.



Wetenschappers van de TU Wien (Wenen) zijn er nu in geslaagd een meetmethode te ontwikkelen die individuele nanoplasticdeeltjes sneller dan eerdere technieken kan detecteren. Deze resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Scientific Reports . De nieuwe methode heeft het potentieel om de basis te worden voor nieuwe meetapparatuur voor milieuanalyse.

Moleculen detecteren op golflengte

"We gebruiken een fysisch principe dat ook vaak wordt gebruikt in chemische analyses, namelijk Raman-verstrooiing", legt Sarah Skoff uit, groepsleider van de onderzoeksgroep Solid State Quantum Optics and Nanophotonics aan de TU Wien. Bij dit proces worden moleculen belicht met een laserstraal, waardoor ze gaan trillen. Een deel van de energie van het laserlicht wordt zo omgezet in trillingsenergie, terwijl de rest van de energie opnieuw wordt uitgezonden in de vorm van licht.

Door dit licht te meten en de energie ervan te vergelijken met het laserlicht dat oorspronkelijk werd uitgezonden, wordt de vibratie-energie van het molecuul bepaald. Omdat verschillende moleculen op verschillende manieren trillen, is het mogelijk om erachter te komen welk molecuul het is.

“Gewone Raman-spectroscopie zou echter niet geschikt zijn voor het detecteren van de kleinste nanoplastics”, zegt Skoff. "Het zou veel te ongevoelig zijn en veel te lang duren." Het onderzoeksteam moest daarom zoeken naar fysieke effecten die deze techniek aanzienlijk konden verbeteren.

Helmut Hörner, Sarah M. Skoff, Ambika Shorny, Fritz Steiner (van links). Credit:Technische Universiteit van Wenen

De truc met het gouden raster

Om dit te doen, pasten ze een methode aan die al in een vergelijkbare vorm wordt gebruikt om biomoleculen te detecteren. Het monster wordt op een uiterst fijn rooster van goud geplaatst. De afzonderlijke gouddraden zijn slechts 40 nanometer dik en liggen ongeveer 60 nanometer uit elkaar. "Dit metalen rooster fungeert als een antenne", zegt Skoff. “Het laserlicht wordt op bepaalde punten versterkt – dus er is een veel intensere interactie met de moleculen daar. Er is ook een interactie tussen het molecuul en de elektronen in het metaalrooster, wat ervoor zorgt dat het lichtsignaal van de moleculen extra wordt versterkt. versterkt."

Bij gewone Raman-spectroscopie wordt het licht dat vervolgens door de moleculen wordt uitgezonden normaal gesproken opgesplitst in al zijn golflengten om te identificeren welk molecuul het is. Het team van TU Wien kon echter aantonen dat de techniek ook vereenvoudigd kan worden. "We weten wat de karakteristieke golflengten van de nanoplasticdeeltjes zijn, en daarom zoeken we heel specifiek naar signalen op precies deze golflengten", legt Skoff uit.

"We hebben kunnen laten zien dat dit de meetsnelheid met verschillende ordes van grootte kan verbeteren. Voorheen moest je 10 seconden meten om één pixel te krijgen van het beeld dat je zocht. Bij ons duurt dat slechts een paar milliseconden. ." Experimenten met polystyreen (piepschuim) lieten zien dat zelfs bij deze zeer hoge snelheid de nanoplasticdeeltjes betrouwbaar kunnen worden gedetecteerd, zelfs bij extreem lage concentraties. In tegenstelling tot andere methoden maakt deze techniek zelfs de detectie van individuele deeltjes mogelijk.

De basis voor nieuwe meetapparatuur

Het onderzoeksteam wil nu de mogelijke toepassingen van de nieuwe techniek nader onderzoeken, bijvoorbeeld hoe deze kan worden gebruikt om nanoplastics te detecteren in milieurelevante en biologische monsters, zoals bloed.

‘We hebben nu in ieder geval kunnen aantonen dat het natuurkundige basisprincipe werkt’, zegt Skoff. "In principe legt dit de basis voor de ontwikkeling van nieuwe meetapparatuur waarmee in de toekomst monsters rechtstreeks in de natuur buiten het laboratorium kunnen worden onderzocht."

Meer informatie: Ambika Shorny et al, Beeldvorming en identificatie van afzonderlijke nanoplasticdeeltjes en agglomeraten, Wetenschappelijke rapporten (2023). DOI:10.1038/s41598-023-37290-y

Journaalinformatie: Wetenschappelijke rapporten

Aangeboden door de Technische Universiteit van Wenen




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Video van vier bobcats in een buitenwijk toont gezonde populatie
  2. Wat is vriesbreuk en waarom is het nuttig in celbiologie?
  3. Law of Independent Assortment (Mendel): definitie, verklaring, voorbeeld
  4. Onderzoekers lokaliseren genetische mutatie bij chronische nachtbrakers
  5. Hoe een eiwit vrijkomt om dodelijke kankers te veroorzaken
  6. Hoe soorten versteend hout te identificeren
  7. Meer dan honderd grienden die aan de westkust van Australië zijn gestrand, zijn gered, zegt de onderzoeker
  8. Wat zijn dromen?
  9. Snelle reactie van Fish op klimaatverandering

Wetenschap