Detektering af nanoplast i luften

Store stykker plastik kan nedbrydes til partikler i nanostørrelse, der ofte finder vej ned i jorden og vandet. Mindre kendt er det måske, at de også kan svæve i luften. Det er uklart, hvordan nanoplast påvirker menneskers sundhed, men dyreforsøg tyder på, at de er potentielt skadelige. Som et skridt hen imod en bedre forståelse af udbredelsen af ​​luftbåren nanoplast har forskere udviklet en sensor, der registrerer disse partikler og bestemmer plastens typer, mængder og størrelser ved hjælp af farverige kulstofprikker.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på efterårsmødet i American Chemical Society (ACS).

"Nanoplast er en stor bekymring, hvis de er i luften, du indånder, kommer ind i dine lunger og potentielt forårsager sundhedsproblemer," siger Raz Jelinek, Ph.D., projektets hovedefterforsker. "En simpel, billig detektor som vores kan have enorme konsekvenser og en dag advare folk om tilstedeværelsen af ​​nanoplast i luften, så de kan handle."

Millioner af tons plastik bliver produceret og smidt ud hvert år. Nogle plastmaterialer eroderer langsomt, mens de bruges eller efter at være blevet bortskaffet, hvilket forurener det omgivende miljø med partikler i mikro- og nanostørrelse. Nanoplast er så småt - generelt mindre end 1 µm bredt - og let, at det endda kan svæve i luften, hvor folk så ubevidst kan indånde dem. Dyreforsøg tyder på, at indtagelse og indånding af disse nanopartikler kan have skadelige virkninger. Derfor kunne det være nyttigt at kende niveauerne af luftbåren nanoplastisk forurening i miljøet.

Tidligere udviklede Jelineks forskerhold ved Ben-Gurion University of the Negev en elektronisk næse eller "e-næse" til at overvåge tilstedeværelsen af ​​bakterier ved at adsorbere og fornemme den unikke kombination af gasdampmolekyler, som de frigiver. Forskerne ønskede at se, om den samme kulstof-dot-baserede teknologi kunne tilpasses til at skabe en følsom nanoplastisk sensor til kontinuerlig miljøovervågning.

Kulstofprikker dannes, når et udgangsmateriale, der indeholder masser af kulstof, såsom sukker eller andet organisk stof, opvarmes ved moderat temperatur i flere timer, siger Jelinek. Denne proces kan endda udføres ved hjælp af en konventionel mikrobølgeovn. Under opvarmningen udvikler det kulstofholdige materiale sig til farverige og ofte fluorescerende partikler i nanometerstørrelse kaldet "kulstofprikker". Og ved at ændre udgangsmaterialet kan kulstofprikkerne have forskellige overfladeegenskaber, der kan tiltrække forskellige molekyler.

For at skabe den bakterielle e-næse spredte holdet tynde lag af forskellige kulstofprikker på små elektroder, hver på størrelse med en fingernegl. De brugte interdigiterede elektroder, som har to sider med indskudte kamlignende strukturer. Mellem de to sider udvikles et elektrisk felt, og den lagrede ladning kaldes kapacitans. "Når der sker noget med kulstofprikkerne - enten adsorberer de gasmolekyler eller nanoplastiske stykker - så sker der en ændring af kapacitansen, som vi nemt kan måle," siger Jelinek.

Derefter testede forskerne en proof-of-concept-sensor for nanoplast i luften, idet de valgte kulstofprikker, der ville adsorbere almindelige plasttyper - polystyren, polypropylen og poly(methylmethacrylat). I eksperimenter blev plastikpartikler i nanoskala aerosoliseret, hvilket fik dem til at svæve i luften. Og når elektroder belagt med kulstof-dot-film blev udsat for den luftbårne nanoplast, observerede holdet signaler, der var forskellige for hver type materiale, siger Jelinek. Fordi antallet af nanoplastik i luften påvirker intensiteten af ​​det genererede signal, tilføjer Jelinek, at sensoren i øjeblikket kan rapportere mængden af ​​partikler fra en bestemt plastiktype enten over eller under en forudbestemt koncentrationstærskel. Når polystyrenpartikler i tre størrelser – 100 nm brede, 200 nm brede og 300 nm brede – blev aerosoliseret, var sensorens signalintensitet desuden direkte relateret til partiklernes størrelse.

Holdets næste skridt er at se, om deres system kan skelne plastiktyperne i blandinger af nanopartikler. Ligesom kombinationen af ​​kulstofprikfilm i den bakterielle e-næse skelnede mellem gasser med forskellige polariteter, siger Jelinek, at det er sandsynligt, at de kunne justere nanoplastisk sensor for at skelne mellem yderligere typer og størrelser af nanoplast. Evnen til at detektere forskellige plastik baseret på deres overfladeegenskaber ville gøre nanoplastiske sensorer nyttige til at spore disse partikler i skoler, kontorbygninger, hjem og udendørs, siger han. + Udforsk yderligere

Polar is forurenet med nanoplast