Es bien sabido que los microplásticos son un problema: son partículas de plástico diminutas y apenas visibles que pueden dañar el medio ambiente, por ejemplo, si se las comen los animales. Sin embargo, ha sido difícil evaluar el efecto de partículas aún más pequeñas, que difícilmente pueden detectarse con métodos convencionales: Partículas de plástico con un diámetro de menos de un micrómetro comúnmente conocidas como « nanoplásticos ». Estas diminutas partículas incluso pueden ser absorbidas por las células vivas.
TU Wien (Viena) ahora ha logrado desarrollar un método de medición que incluso puede detectar partículas nanoplásticas individuales, órdenes de magnitud más rápido que las técnicas anteriores. Estos resultados ahora se han publicado en la revista Scientific Reports. El nuevo método ahora tiene el potencial de convertirse en la base de nuevos dispositivos de medición para el análisis ambiental.
Detección de moléculas por longitud de onda
« Utilizamos un principio físico que también se ha utilizado a menudo en el análisis químico, a saber, la dispersión Raman », explica Sarah Skoff, líder del grupo de investigación « Óptica cuántica y nanofotónica de estado sólido » en TU Wien. En este proceso, las moléculas se iluminan con un rayo láser, haciéndolas vibrar. Parte de la energía de la luz láser se convierte así en energía vibratoria, mientras que el resto de la energía se vuelve a emitir en forma de luz.
Midiendo esta luz y comparando su energía con la luz láser que se emitió originalmente, se determina la energía vibratoria de la molécula, y debido a que diferentes moléculas vibran de diferentes maneras, es posible averiguar de qué molécula se trata.
« Sin embargo, la espectroscopia Raman ordinaria no sería adecuada para detectar los nanoplásticos más pequeños », dice Sarah Skoff. « Sería demasiado insensible y llevaría demasiado tiempo ». Por lo tanto, el equipo de investigación tuvo que buscar efectos físicos que pudieran mejorar significativamente esta técnica.
El truco de la rejilla dorada
Para ello, adaptaron un método que ya se ha utilizado de forma similar para detectar biomoléculas. De este modo, la muestra se coloca en una rejilla extremadamente fina hecha de oro. Los cables de oro individuales tienen solo 40 nanómetros de espesor y están separados por unos 60 nanómetros. « Esta rejilla metálica actúa como una antena », dice Sarah Skoff. « La luz láser se amplifica en ciertos puntos, por lo que allí hay una interacción mucho más intensa con las moléculas. También hay una interacción entre la molécula y los electrones en la red metálica, lo que asegura que la señal de luz de las moléculas sea amplificado adicionalmente ».
En la espectroscopia Raman ordinaria, la luz que luego emiten las moléculas normalmente se descompone en todas sus longitudes de onda para identificar qué molécula es. Sin embargo, el equipo de TU Wien pudo demostrar que la técnica también se puede simplificar: « Sabemos cuáles son las longitudes de onda características de las partículas nanoplásticas, por lo que buscamos señales muy específicas en precisamente estas longitudes de onda », explica Skoff. « Pudimos demostrar que esto puede mejorar la velocidad de medición en varios órdenes de magnitud. Anteriormente, tenía que medir durante diez segundos para obtener un solo píxel de la imagen que estaba buscando; con nosotros, solo toma unos pocos milisegundos ». Los experimentos con poliestireno (espuma de poliestireno) demostraron que incluso a esta velocidad tan alta, las partículas de nanoplástico se pueden detectar de manera confiable, incluso en concentraciones extremadamente bajas. A diferencia de otros métodos, esta técnica permite incluso la detección de partículas individuales.
La base para nuevos dispositivos de medición.
El equipo de investigación ahora quiere investigar las aplicaciones potenciales de la nueva técnica con más detalle, por ejemplo, cómo se puede usar para detectar nanoplásticos en muestras biológicas y ambientalmente relevantes, como la sangre. « En cualquier caso, ahora hemos podido demostrar que el principio físico básico funciona », dice Sarah Skoff. « En principio, esto sienta las bases para el desarrollo de nuevos dispositivos de medición que podrían usarse para examinar muestras directamente en la naturaleza fuera del laboratorio en el futuro ».
Este trabajo de investigación fue apoyado por la Agencia de Promoción de la Investigación de Austria (FFG, PhoQus2D) y el Fondo de Ciencias de Austria (FWF, Quantoom).