Le microplastiche sono particelle di plastica minuscole e appena visibili che possono danneggiare l’ambiente, ad esempio, se vengono mangiate dagli animali. Tuttavia, è stato difficile valutare l’effetto di particelle ancora più piccole, che difficilmente possono essere rilevate con i metodi convenzionali:particelle di plastica con un diametro inferiore a un micrometro, comunemente chiamate “nanoplastiche”. Particelle così minuscole possono persino essere assorbite nelle cellule viventi.
Gli scienziati della TU Wien (Vienna) sono ora riusciti a sviluppare un metodo di misurazione in grado di rilevare singole particelle nanoplastiche per ordini di grandezza più velocemente rispetto alle tecniche precedenti. Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Scientific Reports . Il nuovo metodo ha il potenziale per diventare la base per nuovi dispositivi di misurazione per l'analisi ambientale.
"Utilizziamo un principio fisico che è stato spesso utilizzato anche nell'analisi chimica, vale a dire lo scattering Raman", spiega Sarah Skoff, capogruppo del gruppo di ricerca di ottica quantistica e nanofotonica a stato solido presso la TU Wien. In questo processo, le molecole vengono illuminate con un raggio laser, facendole vibrare. Parte dell'energia della luce laser viene così convertita in energia vibrazionale, mentre il resto dell'energia viene riemessa sotto forma di luce.
Misurando questa luce e confrontando la sua energia con la luce laser emessa originariamente, viene determinata l'energia vibrazionale della molecola e, poiché molecole diverse vibrano in modi diversi, è possibile scoprire di quale molecola si tratta.
"La normale spettroscopia Raman, tuttavia, non sarebbe adatta per rilevare le nanoplastiche più piccole", afferma Skoff. "Sarebbe troppo insensibile e richiederebbe troppo tempo." Il gruppo di ricerca ha quindi dovuto cercare effetti fisici che potessero migliorare significativamente questa tecnica.
Il trucco con la griglia dorata
Per fare ciò, hanno adattato un metodo che è già stato utilizzato in una forma simile per rilevare le biomolecole. Il campione viene posto su una griglia estremamente sottile d'oro. I singoli fili d'oro hanno uno spessore di soli 40 nanometri e una distanza di circa 60 nanometri l'uno dall'altro. "Questa griglia metallica agisce come un'antenna", afferma Skoff. "La luce laser viene amplificata in determinati punti, quindi lì l'interazione con le molecole è molto più intensa. C'è anche un'interazione tra la molecola e gli elettroni nel reticolo metallico, che assicura che il segnale luminoso delle molecole venga ulteriormente amplificato."
Nella spettroscopia Raman ordinaria, la luce emessa dalle molecole viene normalmente scomposta in tutte le sue lunghezze d'onda per identificare di quale molecola si tratta. Tuttavia il team della TU Wien è riuscito a dimostrare che la tecnica può anche essere semplificata. "Sappiamo quali sono le lunghezze d'onda caratteristiche delle particelle nanoplastiche e quindi cerchiamo in modo molto specifico segnali proprio a queste lunghezze d'onda", spiega Skoff.
"Siamo stati in grado di dimostrare che questo può migliorare la velocità di misurazione di diversi ordini di grandezza. Prima dovevi misurare per 10 secondi per ottenere un singolo pixel dell'immagine che stavi cercando, con noi bastano solo pochi millisecondi ." Esperimenti con il polistirolo (Styrofoam) hanno dimostrato che anche a questa velocità molto elevata le particelle nanoplastiche possono essere rilevate in modo affidabile anche a concentrazioni estremamente basse. A differenza di altri metodi, questa tecnica consente anche il rilevamento di singole particelle.
Il team di ricerca vuole ora studiare le potenziali applicazioni della nuova tecnica in modo più dettagliato, ad esempio, come può essere utilizzata per rilevare nanoplastiche in campioni biologici e rilevanti dal punto di vista ambientale, come il sangue.
"In ogni caso, ora siamo riusciti a dimostrare che il principio fisico di base funziona", afferma Skoff. "In linea di principio, ciò pone le basi per lo sviluppo di nuovi dispositivi di misurazione che in futuro potrebbero essere utilizzati per esaminare campioni direttamente in natura al di fuori del laboratorio."
Ulteriori informazioni: Ambika Shorny et al, Imaging e identificazione di singole particelle e agglomerati nanoplastici, Rapporti scientifici (2023). DOI:10.1038/s41598-023-37290-y
Informazioni sul giornale: Rapporti scientifici
Fornito dall'Università della Tecnologia di Vienna
