Большие куски пластика могут распадаться на наноразмерные частицы, которые часто попадают в почву и воду. Возможно, менее известно то, что они также могут парить в воздухе. Неясно, как нанопластики влияют на здоровье человека, но исследования на животных показывают, что они потенциально вредны. В качестве шага к лучшему пониманию распространенности нанопластика, находящегося в воздухе, исследователи разработали датчик, который обнаруживает эти частицы и определяет типы, количество и размеры пластика с помощью красочных углеродных точечных пленок.
Исследователи представят свои результаты сегодня на осеннем собрании Американского химического общества (ACS).
"Нанопластики вызывают серьезную озабоченность, если они находятся в воздухе, которым вы дышите, попадают в ваши легкие и потенциально вызывают проблемы со здоровьем", - говорит Раз Елинек, доктор философии, главный исследователь проекта. "Простой и недорогой детектор, подобный нашему, может иметь огромные последствия и когда-нибудь предупредить людей о присутствии нанопластика в воздухе, что позволит им принять меры".
Каждый год производятся и выбрасываются миллионы тонн пластика. Некоторые пластиковые материалы медленно разрушаются во время использования или после утилизации, загрязняя окружающую среду микро- и наноразмерными частицами. Нанопластики настолько малы - обычно менее 1 мкм в ширину - и легки, что могут даже парить в воздухе, где люди затем могут неосознанно вдыхать их. Исследования на животных показывают, что проглатывание и вдыхание этих наночастиц может иметь разрушительные последствия. Следовательно, было бы полезно знать уровни загрязнения окружающей среды нанопластиком, находящимся в воздухе.
Ранее исследовательская группа Елинека из Университета Бен-Гуриона в Негеве разработала электронный нос или "электронный нос" для мониторинга присутствия бактерий путем адсорбции и восприятия уникальной комбинации молекул паров газа, которые они выделяют. Исследователи хотели посмотреть, можно ли адаптировать эту же технологию на основе углеродных точек для создания чувствительного нанопластикового датчика для непрерывного мониторинга окружающей среды.
Углеродные точки образуются, когда исходный материал, содержащий много углерода, такой как сахар или другое органическое вещество, нагревается при умеренной температуре в течение нескольких часов, говорит Елинек. Этот процесс можно выполнить даже с помощью обычной микроволновой печи. При нагревании углеродсодержащий материал превращается в красочные и часто флуоресцирующие частицы нанометрового размера, называемые "углеродными точками". А при изменении исходного материала углеродные точки могут обладать различными свойствами поверхности, которые могут притягивать различные молекулы.
Чтобы создать бактериальный электронный нос, команда нанесла тонкие слои различных углеродных точек на крошечные электроды, каждый размером с ноготь. Они использовали электроды с переплетенными концами, которые имеют две стороны с вкраплениями гребнеобразных структур. Между двумя сторонами возникает электрическое поле, и накопленный заряд называется емкостью. "Когда что-то происходит с углеродными точками - либо они адсорбируют молекулы газа, либо кусочки нанопластика, - тогда происходит изменение емкости, которое мы можем легко измерить", - говорит Елинек.
Затем исследователи протестировали концептуальный датчик нанопластика в воздухе, выбрав углеродные точки, которые будут адсорбировать обычные типы пластика - полистирол, полипропилен и поли (метилметакрилат). В экспериментах наноразмерные пластиковые частицы распылялись в аэрозоле, заставляя их парить в воздухе. И когда электроды, покрытые пленками с углеродными точками, подвергались воздействию нанопластика, находящегося в воздухе, команда наблюдала сигналы, которые были разными для каждого типа материала, говорит Елинек. Поскольку количество нанопластика в воздухе влияет на интенсивность генерируемого сигнала, Елинек добавляет, что в настоящее время датчик может сообщать о количестве частиц определенного типа пластика либо выше, либо ниже заданного порога концентрации. Кроме того, когда частицы полистирола трех размеров - шириной 100 нм, 200 нм и 300 нм - распылялись, интенсивность сигнала датчика была напрямую связана с размером частиц.
Следующий шаг команды - посмотреть, сможет ли их система различать типы пластика в смесях наночастиц. Точно так же, как комбинация углеродных точечных пленок в бактериальном электронном носе различала газы с разной полярностью, Елинек говорит, что, вероятно, они могли бы настроить датчик нанопластика, чтобы различать дополнительные типы и размеры нанопластика. По его словам, способность обнаруживать различные пластмассы на основе свойств их поверхности сделает нанопластиковые датчики полезными для отслеживания этих частиц в школах, офисных зданиях, домах и на открытом воздухе.
Исследователи признают поддержку со стороны Израильского управления инноваций.
Комментарии