نانوپلاستیکها زیر ذرهبین نوار تست هوشمند
زهرا وجدانی: در دنیای مدرن پلاستیک به مادهای همهگیر تبدیل شده است؛ از بستهبندی مواد غذایی و لوازم خانگی گرفته تا تجهیزات پزشکی و فناوریهای پیشرفته. با این حال استفاده گسترده از پلاستیک با چالشی جدی همراه است: تجزیهناپذیری و پایداری طولانی آن باعث ایجاد زبالههای محیطزیستی عظیم و انتشار ذرات ریز و نامرئی میشود که سلامت انسان و اکوسیستمها را تهدید میکنند. بخشی از این تهدید ناشی از ذرات نانوپلاستیک است؛ ذراتی بسیار کوچک که از پلاستیکهای بزرگتر ایجاد شده و توانایی نفوذ به بدن و بافتهای زنده را دارند.
با توجه به اهمیت پایش و شناسایی این ذرات ریز، پژوهشگران دانشگاه اشتوتگارت آلمان با همکاری دانشگاه ملبورن استرالیا ابزاری نوآورانه به نام غربال نوری طراحی کردهاند. این نوار تست ساده و در عین حال هوشمند قادر است ذرات نانوپلاستیک را تنها با تغییر رنگ آشکار کند و تحولی بزرگ در بررسی آلودگیهای محیطزیستی و سلامت انسان ایجاد نماید.
در این گزارش به معرفی فناوری غربال نوری، نحوه عملکرد آن، آزمایشهای اولیه، مزایا نسبت به روشهای سنتی، کاربردهای محیطزیستی و سلامت و چشماندازهای آینده این فناوری خواهیم پرداخت.
نانوپلاستیک تهدیدی پنهان اما جدی
پلاستیکها در اثر نور خورشید، امواج دریا و فرآیندهای مکانیکی به مرور زمان خرد میشوند. حاصل این فرایند ذرات ریز پلاستیکی با ابعاد مختلف است. میکروپلاستیکها با اندازه کمتر از ۵ میلیمتر تاکنون موضوع پژوهشهای گسترده بودهاند. اما اکنون توجه دانشمندان به سطحی کوچکتر جلب شده است: نانوپلاستیکها که ابعادی کمتر از یک میکرومتر دارند.
ویژگی نگرانکننده این ذرات قابلیت نفوذ بالا در بدن موجودات زنده است. آنها میتوانند از سدهای زیستی مانند پوست یا حتی سد خونی-مغزی عبور کرده و وارد بافتها و اندامهای حیاتی شوند. مطالعات اولیه نشان دادهاند که نانوپلاستیکها قادرند واکنشهای التهابی ایجاد کنند، در فرآیندهای سلولی اختلال به وجود آورند و حتی در عملکرد سیستم عصبی اثر بگذارند.
با وجود این نگرانیها دانشمندان هنوز تصویر روشنی از میزان پراکندگی، غلظت و تأثیرات واقعی این ذرات در طبیعت و بدن انسان ندارند. دلیل اصلی این خلا علمی دشواری در شناسایی و اندازهگیری نانوپلاستیکهاست.
چالشهای روشهای موجود
ابزارهای فعلی برای شناسایی ذرات نانوپلاستیک عمدتا بر پایه میکروسکوپهای الکترونی یا روشهای طیفسنجی استوارند. این فناوریها اگرچه دقیقاند اما چندین محدودیت جدی دارند:
• هزینه بسیار بالا برای خرید و نگهداری تجهیزات
• نیاز به اپراتورهای متخصص و آموزشدیده
• زمان طولانی برای آمادهسازی و تحلیل نمونهها
• محدودیت در امکان استفاده در محل (On-site)
این عوامل باعث شده است که پژوهشگران به دنبال راهکاری سادهتر، سریعتر و کمهزینهتر برای پایش نانوپلاستیکها باشند.
تولد غربال نوری
پژوهشگران دانشگاه اشتوتگارت با الهام از اصول اپتیک و نانوفناوری روشی جدید ارائه کردهاند. آنها ابزاری طراحی کردهاند که ظاهری شبیه یک نوار تست دارد و عملکرد آن بر پایه حفرههای بسیار ریز روی یک بستر نیمهرسانا است.
این حفرهها که Mie Voids نامیده میشوند، زمانی که نور به آنها میتابد بازتاب رنگی مشخصی ایجاد میکنند. حال اگر یک ذره نانوپلاستیک وارد این حفره شود بازتاب نوری تغییر کرده و رنگ مشاهدهشده دگرگون میشود. این تغییر رنگ حتی با یک میکروسکوپ نوری ساده قابل مشاهده است.
به گفته دومینیک لودشر، پژوهشگر دکتری و نویسنده اصلی مقاله این نوار مانند یک صافی عمل میکند. حفرهها میتوانند متناسب با اندازه مورد نظر طراحی شوند تا ذرات خاصی را به دام بیندازند. در نتیجه پژوهشگران قادر خواهند بود تعداد، اندازه و توزیع ذرات را تنها با تحلیل رنگها مشخص کنند.
آزمایشهای اولیه و نتایج
برای بررسی کارایی این فناوری تیم تحقیقاتی ابتدا از ذرات پلاستیکی کروی با اندازههای مختلف استفاده کرد که در محلولهای آبی استاندارد موجود بودند. سپس برای شبیهسازی شرایط طبیعی، نمونهای از آب دریاچه را که حاوی شن و ترکیبات آلی بود انتخاب و ذرات پلاستیکی با غلظت مشخص (۱۵۰ میکروگرم بر میلیلیتر) به آن افزودند.
نتایج نشان داد که غربال نوری قادر است با دقت بالا ذرات را شناسایی کرده و حتی اندازه و توزیع آنها را تعیین کند. این موفقیت راه را برای بهکارگیری عملی این ابزار در تحقیقات محیطی هموار ساخته است.
مزایای غربال نوری نسبت به روشهای سنتی
این نوآوری چند ویژگی متمایز دارد که آن را به ابزاری تحولآفرین تبدیل میکند:
• سادگی استفاده: تنها به یک میکروسکوپ نوری نیاز دارد.
• هزینه پایین: برخلاف میکروسکوپهای الکترونی، به تجهیزات گرانقیمت نیاز ندارد.
• سرعت بالا: تحلیل نمونهها در مدت زمان کوتاه انجام میشود.
• عدم نیاز به اپراتور متخصص: حتی پژوهشگران غیرمتخصص نیز میتوانند از آن بهرهبرداری کنند.
• قابلیت استفاده در محل: در آینده میتوان این ابزار را به شکل کیتهای قابل حمل برای آزمایش میدانی توسعه داد.
کاربردهای بالقوه در سلامت و محیطزیست
تاثیرات بالقوه این فناوری تنها به پایش محیطی محدود نمیشود. به گفته هارالد گیسن، رئیس مؤسسه فیزیک دانشگاه اشتوتگارت غربال نوری میتواند در آینده برای بررسی نمونههای زیستی مانند خون و بافتهای انسانی نیز به کار رود. این امر میتواند دریچهای تازه برای درک اثرات نانوپلاستیکها بر سلامت انسان باز کند.
از سوی دیگر این فناوری میتواند در پایش منابع آب آشامیدنی، خاکهای کشاورزی و حتی محصولات غذایی نقش ایفا کند. بدین ترتیب غربال نوری قادر خواهد بود از یک ابزار آزمایشگاهی به یک ابزار کاربردی در سیاستگذاریهای سلامت عمومی و حفاظت محیطزیست ارتقا یابد.
گامهای بعدی پژوهش
تیم تحقیقاتی اکنون در حال برنامهریزی برای توسعه بیشتر این فناوری است. آنها قصد دارند قابلیت غربال نوری را برای:
• شناسایی ذرات غیرکروی پلاستیک
• تمایز بین انواع مختلف پلاستیکها
• آزمایش روی نمونههای واقعی از رودخانهها و دریاها
بررسی کنند. این مسیر میتواند به توسعه نسل جدیدی از ابزارهای پایش آلودگی منجر شود که هم علمی و هم کاربردی هستند.
اهمیت جهانی دستاورد غربال نوری
آلودگی پلاستیکی مرز نمیشناسد و به معضلی جهانی بدل شده است. طبق گزارش سازمان ملل سالانه میلیونها تن پلاستیک وارد دریاها میشود. بخش بزرگی از این زبالهها در نهایت به شکل ذرات ریز و نانوپلاستیک در محیط باقی میمانند.
فناوری غربال نوری نه تنها یک دستاورد علمی برای آلمان و استرالیا محسوب میشود، بلکه ابزاری جهانی برای مقابله با تهدیدی جهانی است. دسترسی به روشی ساده و ارزان برای پایش نانوپلاستیکها میتواند به کشورها کمک کند تا سیاستهای بهتری برای مدیریت زبالههای پلاستیکی و حفاظت از سلامت عمومی اتخاذ کنند.
نوآوری پژوهشگران نشان میدهد که با ترکیب علم فیزیک نوری و نیازهای زیستمحیطی میتوان راهحلهایی ساده و در عین حال مؤثر برای بحرانهای پیچیده یافت. غربال نوری ابزاری است که میتواند نانوپلاستیکهای نامرئی را به رنگ و تصویر تبدیل کند؛ گامی بزرگ برای آشکارسازی تهدیدی پنهان که در دل طبیعت و حتی بدن انسان نهفته است.
این دستاورد امید تازهای برای پژوهشگران، سیاستگذاران و جامعه جهانی به همراه دارد؛ امید به اینکه با ابزارهای نوین علمی بتوانیم تهدیدات نامرئی را پیش از آنکه به بحرانی غیرقابل کنترل تبدیل شوند، شناسایی کرده و برای مقابله با آنها اقدام کنیم.
انتهای پیام/
