Sàng quang học có thể phát hiện mối đe dọa vô hình từ nhựa

Nhóm nghiên cứu chung từ Đại học Stuttgart ở Đức và Đại học Melbourne ở Úc đã phát triển một phương pháp mới để phân tích trực tiếp các hạt nano nhựa siêu nhỏ trong các mẫu môi trường. Phương pháp này chỉ cần một kính hiển vi quang học thông thường và một dải thử nghiệm mới được phát triển - rây quang học. Kết quả nghiên cứu hiện đã được công bố trên tạp chí Nature Photonics .

Giáo sư Harald Giessen, Viện trưởng Viện Vật lý số 4 của Đại học Stuttgart, giải thích. "Trong tương lai gần, chúng tôi sẽ hướng tới việc phân tích nồng độ nanoplastic trực tiếp tại chỗ. Nhưng phương pháp mới của chúng tôi cũng có thể được sử dụng để xét nghiệm máu hoặc mô để tìm các hạt nanoplastic".

Nhựa nano, mối nguy hiểm cho con người và môi trường

Rác thải nhựa là một trong những vấn đề toàn cầu cấp bách và trọng tâm của thế kỷ 21. Nó không chỉ gây ô nhiễm đại dương, sông ngòi và bãi biển mà còn được phát hiện trong các sinh vật sống dưới dạng vi nhựa. Cho đến nay, các nhà khoa học môi trường đã tập trung sự chú ý vào các cặn nhựa lớn hơn.

Tuy nhiên, từ lâu người ta đã biết rằng một mối nguy hiểm thậm chí còn lớn hơn có thể đang ở phía trước: các hạt nhựa nano. Những hạt nhỏ bé này nhỏ hơn nhiều so với sợi tóc người và được tạo ra thông qua quá trình phân hủy các hạt nhựa lớn hơn. Chúng không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Những hạt này có kích thước dưới micromet cũng có thể dễ dàng xuyên qua các rào cản hữu cơ như da hoặc hàng rào máu não.

Do kích thước hạt nhỏ, việc phát hiện chúng đặt ra một thách thức đặc biệt. Kết quả là, không chỉ có những khoảng trống trong hiểu biết của chúng ta về cách các hạt ảnh hưởng đến sinh vật mà còn thiếu các phương pháp phát hiện nhanh chóng và đáng tin cậy.

"So với các phương pháp thông thường và được sử dụng rộng rãi như kính hiển vi điện tử quét, phương pháp mới này ít tốn kém hơn đáng kể, không yêu cầu nhân viên được đào tạo vận hành và giảm thời gian cần thiết cho các phân tích chi tiết", Tiến sĩ Mario Hentschel, Trưởng Phòng thí nghiệm Vi cấu trúc tại Viện Vật lý số 4, giải thích.

Sàng quang học có thể phát hiện các hạt vi nhựa

"Sàng quang học" sử dụng hiệu ứng cộng hưởng trong các lỗ nhỏ để làm cho các hạt nanoplastic có thể nhìn thấy được. Một nghiên cứu về hiệu ứng quang học đã được nhóm nghiên cứu tại Đại học Stuttgart công bố lần đầu tiên từ năm 2023. Quá trình này dựa trên các vết lõm nhỏ, được gọi là lỗ hổng Mie, được tạo thành các cạnh bên trong một chất nền bán dẫn.

Tùy thuộc vào đường kính và độ sâu của chúng, các lỗ tương tác đặc trưng với ánh sáng chiếu tới. Điều này tạo ra sự phản xạ màu sắc rực rỡ có thể nhìn thấy được qua kính hiển vi quang học. Nếu một hạt rơi vào một trong các vết lõm, màu sắc của nó sẽ thay đổi đáng kể. Do đó, từ sự thay đổi màu sắc, người ta có thể suy ra liệu một hạt có hiện diện trong lỗ hổng hay không.

Nhờ đó, các hạt có kích thước từ 0,2 đến 1 micromet có thể được kiểm tra dễ dàng. Các hạt được lọc ra khỏi chất lỏng bằng rây, trong đó kích thước và độ sâu của các lỗ có thể được điều chỉnh cho phù hợp với các hạt nanoplastic, và sau đó có thể phát hiện sự thay đổi màu sắc. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu xác định xem các lỗ rỗng đã được lấp đầy hay chưa.

Có thể sử dụng như que thử

Phương pháp phát hiện mới được sử dụng thậm chí còn có thể làm được nhiều hơn thế. Nếu sàng được thiết kế với các lỗ rỗng có kích thước khác nhau, chỉ một hạt có kích thước phù hợp sẽ được thu thập trong mỗi lỗ. Nếu một hạt quá lớn, nó sẽ không vừa khít với lỗ rỗng và sẽ bị rửa trôi trong quá trình làm sạch. Nếu một hạt quá nhỏ, nó sẽ bám dính kém vào lỗ rỗng và sẽ bị rửa trôi trong quá trình làm sạch. Bằng cách này, các que thử có thể được điều chỉnh để có thể xác định kích thước và số lượng hạt trong mỗi lỗ riêng lẻ từ màu sắc phản chiếu.

"Về lâu dài, sàng lọc quang học sẽ được sử dụng như một công cụ phân tích đơn giản trong nghiên cứu môi trường và sức khỏe. Công nghệ này có thể đóng vai trò như một que thử di động, cung cấp thông tin về hàm lượng nanonhựa trong nước hoặc đất ngay tại chỗ", Hentschel giải thích.

Nhóm nghiên cứu hiện đang lên kế hoạch thử nghiệm với các hạt nanonhựa không phải hình cầu. Các nhà nghiên cứu cũng dự định tìm hiểu xem liệu quy trình này có thể được sử dụng để phân biệt các hạt nhựa khác nhau hay không. Họ cũng đặc biệt quan tâm đến việc hợp tác với các nhóm nghiên cứu có chuyên môn cụ thể trong việc xử lý các mẫu thực tế từ các nguồn nước.