Plastik kirliliği her yerdedir: nehirlerde ve okyanuslarda, havada ve dağlarda, kanımızda ve hayati organlarımızda bile. Halkın dikkatinin çoğu mikroplastiklerin tehlikelerine odaklanmıştır. Bunlar 5 milimetreden küçük parçalardır.
Ancak daha küçük bir parça parçası olan nanoplastikler, sağlığımız ve çevremiz için daha büyük bir risk oluşturabilir. Bir mikrometreden (metrenin milyonda biri) daha az çapları ile, bu küçük parçacıklar önemli biyolojik bariyerleri geçebilir ve vücutta birikebilir. Çok küçük oldukları için, nanoplastikleri tespit etmek son derece zor ve pahalıdır. Sonuç olarak, etkilerinin kapsamının belirlenmesi büyük ölçüde tahmin edilmiştir.
Nanoplastikleri tespit etmenin ucuz, kolay ve güvenilir bir yolu, potansiyel etkilerini ele almanın ilk adımıdır. Bugün yayınlanan yeni çalışmamızda Nature Fotonicsmeslektaşlarım ve ben, standart bir mikroskop ve temel bir kameradan başka bir şey kullanarak nanoplastikleri tespit eden, boyutlandıran ve sayan basit, düşük maliyetli bir yöntemi tarif ediyoruz.
Her zaman daha büyük parçalara ayrılmak
Plastikleri yararlı kılan şey dayanıklılıklarıdır. Ama aynı zamanda onları sorunlu kılan şey budur.
Plastikler kaybolmaz. Ekosistem tarafından diğer malzemelerle aynı şekilde parçalanmazlar. Bunun yerine, güneş ışığı, ısı ve mekanik stres plastiği yavaşça daha küçük parçalara ayırır. Daha büyük parçalar mikroplastik haline gelir, bu da mikrometreden daha az olduktan sonra nanoplastik haline gelir.
Bu kadar küçük bir boyutta, kan -beyin ve plasental bariyerler gibi önemli biyolojik önlemlerden geçebilirler. Daha sonra ciğerlerimiz, karaciğer ve böbreklerimiz de dahil olmak üzere organlarımızda birikmeye başlayabilirler. Ayrıca vücudumuza kirleticiler ve ağır metaller gibi diğer kirleticiler de taşıyabilirler.
Yine de, bu tehlikelere rağmen, nanoplastikler hakkındaki gerçek dünya verileri azdır.
Günümüzde, bir mikrometrenin altındaki parçacıkların saptanması ve boyutlandırılması genellikle karmaşık ayırma ve filtrasyon yöntemlerine ve ardından elektron mikroskopisi gibi pahalı işlemlere dayanmaktadır. Bu yöntemler güçlüdür. Ama aynı zamanda yavaş, pahalı ve genellikle gelişmiş laboratuvarlarla sınırlıdırlar.
Dinamik ışık saçılması gibi diğer optik laboratuvar teknikleri “temiz” örneklerde iyi çalışır. Bununla birlikte, plastiği organik malzemeden kolayca ayırt edemedikleri için göl suyu gibi “dağınık” gerçek dünya örneklerinde mücadele ediyorlar.
Optik bir elek
Bu sorunları ele almak için, Melbourne Üniversitesi’nden uluslararası ekibimiz ve Almanya’daki Stuttgart Üniversitesi, tespiti basit, uygun fiyatlı ve taşınabilir hale getirmek için yola çıktı.
İşbirlikçi çalışmamızın sonucu optik bir elektir: Galyum arsenid adı verilen bir tür yarı iletken malzemenin yüzeyine kazınmış farklı çaplara sahip bir dizi küçük boşluk. Esasen, çıplak gözle görünmeyen, uygun bir malzemenin düz bir parçasında küçük deliklerden oluşan bir koleksiyon.
Fizikçiler bu boşluklara “Mie boşlukları” diyorlar. Boyutlarına bağlı olarak, üzerinde ışık parladığında belirgin bir renk üretirler. Nanoplastikler içeren bir damla sıvı yüzeyden aktığında, nanoparçacıklar boyutlarına yakından eşleşen boşluklara yerleşme eğilimindedir.
Daha sonra, kimyasal bir durulama ile, eşleşmemiş parçacıklar, eşleşenler elektromanyetik kuvvetler tarafından sıkı bir şekilde yerinde tutulurken yıkanır.
Bu kısım basit. Ancak, sıkışmış parçacıkları görselleştirmek için hala büyük, pahalı bir elektron mikroskobu gerektiriyorsa işlemi daha ucuz veya daha taşınabilir hale getirmez.
Ama işte anahtar: Bir boşluğun içinde bir parçacık yakalandığında, o boşluğun rengini değiştirir. Bu, doldurulmuş boşlukların, genellikle mavimlikten kırmızımsı tonlara kaydıran sıradan bir renkli kamerayla standart bir ışık mikroskobu altında boş olanlardan kolayca ayırt edilebileceği anlamına gelir.
Renk değişikliklerini gözlemleyerek, hangi boşlukların parçacıklar içerdiğini görebiliriz. Sadece belirli boyutlu parçacıklar belirli boyutlu boşlukları doldurduğundan, boyutlarını da çıkarabiliriz.
Deneylerimizde, optik elekimiz, standart bir ışık mikroskobu ve basit bir kamera dışında hiçbir şey kullanmadan, bireysel plastik küreleri yaklaşık 200 nanometreye kadar tespit edebildik – nanoplastikler için önemli olan boyut aralığında.
Teste koymak
Kavramı doğrulamak için önce polistiren boncukları temiz bir çözeltide kullandık. 200 nanometre ve mikrometre arasında çapları olan parçacıklar için net renk değişiklikleri gözlemledik.
Daha sonra, filtrelenmemiş göl suyu (biyolojik malzeme dahil) bilinen boyutlarda temiz kum ve plastik boncuklarla birleştirerek daha “gerçek dünya” bir örneği test ettik: 350 nanometre, 550 nanometre ve bir mikrometre.
Bu karışımı optik elek üzerine bıraktıktan ve daha sonra bir durulama yaptıktan sonra, eklediğimiz boncuklarla eşleşen çaplı farklı dolu boşluk bantlarını görebildik.
Bu, optik elekin göl suyu örneğindeki nanoplastik parçacıkları başarıyla tespit ettiğini ve boyutlarını belirlediğini doğruladı. Önemli olarak, bu plastikleri önce biyolojik maddeden ayırmamızı gerektirmedi.
Sırada ne var?
Yeni yöntemimiz, su yollarının, plajların ve atık suların rutin izlenmesi ve ön temizliğin zor olduğu biyolojik örneklerin taranması için ucuz, kolay ve taşınabilir bir yöntem geliştirmenin ilk adımıdır.
Buradan, özellikle nanoplastiklerin sağlığımız üzerindeki etkisini izlemede çok önemli olacak kan ve doku gibi, bir dizi gerçek dünya numunesi için uyarlanabilen taşınabilir, ticari olarak temin edilebilen bir test cihazına giden yolları araştırıyoruz.
