请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版

光学社区

 找回密码
 注册
会员须知
会员须知
实用帮助
实用帮助
光学社区 首页 资讯 查看内容

光学工具增强微塑料研究的可操作性

2020-12-4 12:01| 发布者: vantsing| 查看: 287| 评论: 0|原作者: Anne Fischer

摘要: 塑料在20世纪50年代才出现,但它们无处不在:散落在我们的湖泊、河流中,漂浮在海洋的顶部,或者沉入海底。在20世纪50年代和60年代,塑料被誉为一项有用的发明,主要用于包装材料。还记得特百惠派对和在《毕业生》中 ...

  

  塑料在20世纪50年代才出现,但它们无处不在:散落在我们的湖泊、河流中,漂浮在海洋的顶部,或者沉入海底。在20世纪50年代和60年代,塑料被誉为一项有用的发明,主要用于包装材料。还记得特百惠派对和在《毕业生》中给达斯汀·霍夫曼所扮演角色的一个词的建议吗?现在这种东西到处都是,而且它不会消失。

  在2017年发表在《科学进展》杂志上的一项研究中,科学家们估计,到目前为止,已经生产了8.3亿公吨的原生塑料,截至2015年,已经产生了大约6300公吨的塑料垃圾。如果目前的趋势继续下去,到2050年,大约有1.2万吨塑料垃圾将被扔进垃圾填埋场或自然环境中。

塑料在食物链中的转移

  塑料可以分解成微塑料(小于5毫米),可以在土壤和水中找到,现在也可以在生物体内找到。塑料是由单体组成的聚合物结构,然后用增塑剂、阻燃剂、颜料、抗菌剂、热稳定剂、紫外线稳定剂和填料等添加剂处理。随着塑料的降解,添加性化学物质在环境中过滤和积累。2018年的一项关于海洋食物的研究显示了微塑料在我们的食物链中的积累以及通过食物消费对人类的潜在毒性。虽然人们了解到微塑料的消耗所带来的毒性取决于塑料的大小和化学添加剂,但还需要进行更多的研究,包括标准化的数据收集方法。

研究的方法

  在美国纽约州罗彻斯特市的罗彻斯特大学,一个多学科团队正在使用各种光学方法来观察水中的微塑料。Greg Madejski是生物医学工程教授,James McGrath实验室的博士后研究员,他正在与光学教授Wayne Knox的实验室合作这项研究。研究小组想知道饮用水中的微塑料在多大程度上进入了人体器官。

 

安大略湖水中的塑料微粒

  研究人员正在与辛波雷合作,辛波雷是麦格拉斯在罗切斯特创立的一家公司,该公司使用麦格拉斯大学开发的基于硅的纳米膜技术。诺克斯说SiMPore公司制造了这些很棒的氮化硅纳米膜过滤器,但“从未找到杀手级的应用”,直到研究人员开始使用9微米的过滤器来观察安大略湖水中的塑料微粒。硅基过滤器是无塑料的,并为微塑料的荧光标记和光谱化学指纹提供了一个“沉默”的背景。

  利用各种光学技术,研究人员正在分析积聚在膜表面的碎片颗粒。例如,它们可以用尼罗红染料染色,这种染料会附着在塑料上。在诺克斯实验室,拉曼显微镜用明亮的激光照射材料以获取化学键信息。诺克斯说:“我们使用先进的光学显微镜技术来识别不同大小、形状和微塑料材料。”

  研究人员还利用x射线光电子能谱(XPS)和能量色散x射线能谱(EDS)技术进一步研究微塑料颗粒的组成。Madejski说,就光学系统而言,拉曼显微镜是最便宜的,当他们转向XPSEDS时,就会变得更贵,因为需要电子源和真空系统。然而,马德埃斯基说,这些技术有助于确定分子细节。他指出:“拉曼显微镜的使用更像是你使用的标准光学显微镜,它的分辨能力可以达到5微米左右。”他补充说,有些人说它可以达到1微米。但是,“你需要处理的材料越少,所需的时间就越多,而向高速测试扩展则需要更多的开发,”他说。

  一旦微塑料颗粒被识别出来,它们将被颜色和形状分开,并被“喂”到Caco2人上皮细胞系中,这些细胞系被广泛用作肠上皮屏障的模型。这将有助于确定塑料颗粒被人体吸收的程度。

  根据诺克斯的说法,这些挑战与如何以有效的方式准确地区分粒子有关。在一次眼科会议上,视网膜专家分析了利用人工智能技术收集的50万张视网膜图像。该系统能够从研究中了解如何识别早期视网膜疾病。诺克斯说,他知道这是他们必须做的。

水检测组件

  ParVerio公司成立于罗切斯特大学,专注于开发新的塑料检测平台,以创建一个准确和详细的微塑料流域数据库。利用上述光学技术,研究小组对水样进行了研究,并开始绘制纽约西部流域的微塑料分布图。他们的目标是创造一份全美微型塑料污染分布图。

  为了让环保组织和其他关注水中物质的人了解测试过程,该团队正在开发一套测试套件,作为SBIR拨款的一部分。起初,马德伊斯基想使用一种便宜的、可折叠的、可以连接到智能手机上的显微镜,但现在他建议使用一种标准的学校用的显微镜来进行测试。这个团队已经开发出了一种装置,可以在只有一点点重力的情况下捕获微塑料。“没有活动部件。你只需要设置一个过滤器,水就会通过过滤器排出,然后微塑料就会吸附在SiMPore的芯片上,”他解释道。他们也在计划开发一套家用的工具,但可能会包括一个收集小瓶,房主可以收集水,然后发送到罗切斯特实验室,在那里他们会进行分析并提供报告。

  罗彻斯特大学的研究团队是世界各地帮助我们了解水中微塑料的类型、如何在食物链中移动以及在人体中积累的众多组织之一。这项研究都是相对较新的,微塑料对人类健康的影响还没有完全被了解。虽然从日常使用中消除塑料的趋势是一个积极的步骤,但我们离完全减少塑料的使用还有很长的路要走。即使我们大幅减少塑料的使用,过去50多年来使用的塑料仍然存在。掌握塑料是如何分解的以及它们最终会在哪里消亡的事实,对了解毒素对人体的影响将大有帮助。

作者Anne Fischer,编辑主任,Novus Light Technologies Today

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋

最新评论

相关分类

下级分类

关闭

站长推荐上一条 /1 下一条

联系我们|本论坛只支持PC端注册|手机版|小黑屋|光学社区 ( 粤ICP备15067533号 )

GMT+8, 2021-1-16 13:31 , Processed in 0.140625 second(s), 17 queries .

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2017 Comsenz Inc.

返回顶部