Uma equipe conjunta da Universidade de Stuttgart, na Alemanha, e da Universidade de Melbourne, na Austrália, desenvolveu um novo método para a análise direta de pequenas partículas nanoplásicas em amostras ambientais. É preciso apenas um microscópio óptico comum e uma faixa de teste recém -desenvolvida – a peneira óptica. Os resultados da pesquisa já foram publicados em Nature Photonics.
“A tira de teste pode servir como uma ferramenta de análise simples em pesquisa ambiental e em saúde”, explica o Prof. Harald Giessen, chefe do 4º Instituto de Física da Universidade de Stuttgart. “Em um futuro próximo, trabalharemos para analisar as concentrações nanoplásticas diretamente no native. Mas nosso novo método também pode ser usado para testar sangue ou tecido quanto a partículas nanoplásicas”.
Nanoplásticos como um perigo para os seres humanos e o meio ambiente
Os resíduos plásticos são um dos problemas globais centrais e agudos do século XXI. Ele não apenas poluia oceanos, rios e praias, mas também foi detectado em organismos vivos na forma de microplásticos. Até agora, os cientistas ambientais concentraram sua atenção em maiores resíduos de plástico. No entanto, sabe -se há algum tempo que um perigo ainda maior pode estar no horizonte: partículas nanoplásicas. Essas pequenas partículas são muito menores que um cabelo humano e são criadas através da quebra de partículas de plástico maiores. Eles não podem ser vistos a olho nu. Essas partículas na faixa do sub-micrômetro também podem facilmente atravessar barreiras orgânicas, como a pele ou a barreira hematoencefálica.
Mudanças de cor tornam pequenas partículas visíveis
Devido ao tamanho de partícula pequena, sua detecção representa um desafio específico. Como resultado, não há apenas lacunas em nossa compreensão de como as partículas afetam os organismos, mas também a falta de métodos de detecção rápidos e confiáveis. Em colaboração com um grupo de pesquisa de Melbourne, na Austrália, pesquisadores da Universidade de Stuttgart agora desenvolveram um novo método que pode detectar de maneira rápida e acessível essas pequenas partículas. As mudanças de cor em uma tira de teste especial tornam os nanoplásticos visíveis em um microscópio óptico e permitem que os pesquisadores contem o número de partículas e determinem seu tamanho. “Comparado com métodos convencionais e amplamente utilizados, como microscopia eletrônica de varredura, o novo método é consideravelmente mais barato, não requer pessoal treinado para operar e reduz o tempo necessário para uma análise detalhada”, explica o Dr. Mario Hentschel, chefe do Laboratório de Microestrutura do 4º Instituto de Física.
Peneira óptica em vez de microscópio eletrônico caro
A “peneira óptica” usa efeitos de ressonância em pequenos orifícios para tornar visíveis as partículas nanoplásicas. Um estudo sobre efeitos ópticos em tais orifícios foi publicado pela primeira vez pelo grupo de pesquisa da Universidade de Stuttgart em 2023. O processo é baseado em pequenas depressões, conhecidas como vazios de Mie, que são afiados em um substrato semicondutor. Dependendo do seu diâmetro e profundidade, os buracos interagem caracteristicamente com a luz incidente. Isso resulta em uma reflexão de cor brilhante que pode ser vista em um microscópio óptico. Se uma partícula se enquadra em um dos recuos, sua cor muda visivelmente. Portanto, pode -se inferir da cor de mudança se uma partícula está presente no vazio.
“A tira de teste funciona como uma peneira clássica”, explica Dominik Ludescher, aluno de doutorado e primeiro autor da publicação em “Nature Photonics”. Partículas que variam de 0,2 a 1 µm podem ser examinadas sem dificuldade. “As partículas são filtradas do líquido usando a peneira em que o tamanho e a profundidade dos orifícios podem ser adaptados às partículas nanoplásicas e, posteriormente, pela mudança de cor resultante pode ser detectada. Isso nos permite determinar se os vazios estão preenchidos ou vazios”.
Distribuição de número, tamanho e tamanho das partículas pode ser determinado
O novo método de detecção usado pode fazer ainda mais. Se a peneira for fornecida com vazios de tamanhos diferentes, apenas uma partícula de um tamanho adequado será coletada em cada orifício. “Se uma partícula for muito grande, ela não se encaixa no vazio e será simplesmente lavada durante o processo de limpeza”, diz Ludescher. “Se uma partícula for muito pequena, aderirá mal ao poço e será lavada durante a limpeza”. Dessa forma, as tiras de teste podem ser adaptadas para que o tamanho e o número de partículas em cada orifício particular person possam ser determinados a partir da cor refletida.
Amostras ambientais sintetizadas examinadas
Para suas medições, os pesquisadores usaram partículas esféricas de vários diâmetros. Estes estão disponíveis em soluções aquosas com nanopartículas específicas. Como ainda não estão disponíveis amostras reais de corpos de água com concentrações conhecidas de nanopartículas, a equipe produziu uma amostra adequada. Os pesquisadores usaram uma amostra de água de um lago que continha uma mistura de areia e outros componentes orgânicos e adicionou partículas esféricas em quantidades conhecidas. A concentração de partículas plásticas foi de 150 µg/ml. A distribuição de número e tamanho das partículas nanoplásicas também foi determinada para esta amostra usando a “peneira óptica”.
Pode ser usado como uma tira de teste
“A longo prazo, a peneira óptica será usada como uma ferramenta de análise simples em pesquisa ambiental e de saúde. A tecnologia pode servir como uma faixa de teste móvel que forneceria informações sobre o conteúdo dos nanoplásticos em água ou solo diretamente no native”, explica Hentschel. A equipe agora está planejando experimentos com partículas nanoplásicas que não são esféricas. Os pesquisadores também planejam investigar se o processo pode ser usado para distinguir entre partículas de diferentes plásticos. Eles também estão particularmente interessados em colaborar com grupos de pesquisa que possuem experiência específica no processamento de amostras reais de corpos de água.
