Nuevo y sencillo método de detección de nanoplásticos
El "tamiz óptico" funciona como una tira reactiva
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Un equipo conjunto de la Universidad de Stuttgart (Alemania) y la Universidad de Melbourne (Australia) ha desarrollado un nuevo método para el análisis directo de diminutas partículas nanoplásticas en muestras medioambientales. Sólo se necesita un microscopio óptico ordinario y una tira reactiva de nuevo desarrollo: el tamiz óptico. Los resultados de la investigación se han publicado ahora en "Nature Photonics".
"La tira reactiva puede servir como herramienta de análisis sencilla en la investigación medioambiental y sanitaria", explica el profesor Harald Giessen, director del Instituto de Física 4 de la Universidad de Stuttgart. "En un futuro próximo, trabajaremos para analizar las concentraciones de nanoplásticos directamente in situ. Pero nuestro nuevo método también podría utilizarse para analizar la sangre o los tejidos en busca de partículas nanoplásticas."
Los nanoplásticos como peligro para el ser humano y el medio ambiente
Los residuos plásticos son uno de los problemas mundiales centrales y agudos del siglo XXI. No sólo contaminan océanos, ríos y playas, sino que también se han detectado en organismos vivos en forma de microplásticos. Hasta ahora, los científicos medioambientales han centrado su atención en los residuos plásticos de mayor tamaño. Sin embargo, desde hace algún tiempo se sabe que un peligro aún mayor puede estar en el horizonte: las partículas nanoplásticas. Estas diminutas partículas son mucho más pequeñas que un cabello humano y se crean a partir de la descomposición de partículas de plástico más grandes. No pueden verse a simple vista. Además, estas partículas submicrométricas pueden atravesar fácilmente barreras orgánicas como la piel o la barrera hematoencefálica.
Los cambios de color hacen visibles las partículas diminutas
Debido al pequeño tamaño de las partículas, su detección plantea un reto especial. Como consecuencia, no sólo existen lagunas en nuestra comprensión de cómo afectan las partículas a los organismos, sino también una falta de métodos de detección rápidos y fiables. En colaboración con un grupo de investigación de Melbourne (Australia), investigadores de la Universidad de Stuttgart han desarrollado un método novedoso que permite detectar estas pequeñas partículas de forma rápida y asequible. Los cambios de color en una tira reactiva especial hacen visibles los nanoplásticos en un microscopio óptico y permiten a los investigadores contar el número de partículas y determinar su tamaño. "Comparado con los métodos convencionales y ampliamente utilizados, como la microscopía electrónica de barrido, el nuevo método es considerablemente menos costoso, no requiere personal cualificado para su manejo y reduce el tiempo necesario para un análisis detallado", explica el Dr. Mario Hentschel, Jefe del Laboratorio de Microestructuras del IV Instituto de Física.
Tamiz óptico en lugar de un costoso microscopio electrónico
El "tamiz óptico" utiliza efectos de resonancia en pequeños orificios para hacer visibles las partículas nanoplásticas. El grupo de investigación de la Universidad de Stuttgart publicó por primera vez en 2023 un estudio sobre los efectos ópticos en tales agujeros. El proceso se basa en pequeñas depresiones, conocidas como huecos de Mie, que se introducen en un sustrato semiconductor. En función de su diámetro y profundidad, los huecos interactúan de forma característica con la luz incidente. El resultado es un reflejo de color brillante que puede verse en un microscopio óptico. Si una partícula cae en una de las hendiduras, su color cambia notablemente. Por tanto, a partir del cambio de color se puede deducir si hay una partícula en el vacío.
"La tira reactiva funciona como un tamiz clásico", explica Dominik Ludescher, estudiante de doctorado y primer autor de la publicación en "Nature Photonics". Así, pueden examinarse sin dificultad partículas de entre 0,2 y 1 µm. "Las partículas se filtran del líquido utilizando el tamiz en el que el tamaño y la profundidad de los agujeros se pueden adaptar a las partículas nanoplásticas, y posteriormente por el cambio de color resultante se pueden detectar. Esto permite determinar si los huecos están llenos o vacíos".
Se puede determinar el número, el tamaño y la distribución del tamaño de las partículas
El novedoso método de detección utilizado puede hacer aún más. Si el tamiz está provisto de huecos de distintos tamaños, sólo se acumulará una partícula de un tamaño adecuado en cada hueco. "Si una partícula es demasiado grande, no cabrá en el hueco y simplemente se desechará durante el proceso de limpieza", explica Ludescher. "Si una partícula es demasiado pequeña, se adherirá mal al pocillo y será arrastrada durante la limpieza". De este modo, las tiras reactivas pueden adaptarse para que el tamaño y el número de partículas en cada pocillo individual puedan determinarse a partir del color reflejado.
Examen de muestras ambientales sintetizadas
Para sus mediciones, los investigadores utilizaron partículas esféricas de diversos diámetros. Éstas se encuentran disponibles en soluciones acuosas con nanopartículas específicas. Como aún no se dispone de muestras reales de masas de agua con concentraciones conocidas de nanopartículas, el equipo fabricó por sí mismo una muestra adecuada. Los investigadores utilizaron una muestra de agua de un lago que contenía una mezcla de arena y otros componentes orgánicos y le añadieron partículas esféricas en cantidades conocidas. La concentración de partículas plásticas fue de 150 µg/ml. El número y la distribución del tamaño de las partículas nanoplásticas también se determinaron para esta muestra utilizando el "tamiz óptico".
Puede utilizarse como una tira reactiva
"A largo plazo, el tamiz óptico se utilizará como una sencilla herramienta de análisis en la investigación medioambiental y sanitaria. La tecnología podría servir como una tira reactiva móvil que proporcionaría información sobre el contenido de nanoplásticos en el agua o el suelo directamente in situ", explica Hentschel. El equipo planea ahora experimentos con partículas nanoplásticas que no sean esféricas. Los investigadores también tienen previsto investigar si el proceso puede utilizarse para distinguir entre partículas de distintos plásticos. También están especialmente interesados en colaborar con grupos de investigación que tengan experiencia específica en el procesamiento de muestras reales de masas de agua.
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