Stora plastbitar kan brytas ner till nanostora partiklar som ofta letar sig ner i marken och vattnet. Kanske mindre känt är att de också kan sväva i luften. Det är oklart hur nanoplaster påverkar människors hälsa, men djurstudier tyder på att de är potentiellt skadliga. Som ett steg mot att bättre förstå förekomsten av luftburen nanoplast har forskare utvecklat en sensor som upptäcker dessa partiklar och bestämmer typerna, mängderna och storlekarna på plasten med hjälp av färgglada kolpricksfilmer.

Forskarna kommer att presentera sina resultat i dag på höstmötet i American Chemical Society (ACS).

"Nanoplaster är ett stort problem om de är i luften som du andas, kommer in i dina lungor och potentiellt orsakar hälsoproblem", säger Raz Jelinek, Ph.D., projektets huvudutredare. "En enkel, billig detektor som vår kan få enorma konsekvenser och en dag uppmärksamma människor på förekomsten av nanoplast i luften, så att de kan vidta åtgärder."

Miljontals ton plast produceras och slängs varje år. Vissa plastmaterial eroderar långsamt medan de används eller efter att ha kasserats, vilket förorenar den omgivande miljön med partiklar i mikro- och nanostorlek. Nanoplaster är så små – i allmänhet mindre än 1 µm breda – och lätta att de till och med kan sväva i luften, där människor sedan omedvetet kan andas in dem. Djurstudier tyder på att intag och inandning av dessa nanopartiklar kan ha skadliga effekter. Därför kan det vara bra att veta nivåerna av luftburna nanoplastföroreningar i miljön.

Tidigare har Jelineks forskargrupp vid Ben-Gurion University of the Negev utvecklat en elektronisk näsa eller "e-näsa" för att övervaka närvaron av bakterier genom att adsorbera och känna av den unika kombinationen av gasångmolekyler som de frigör. Forskarna ville se om samma kolpricksbaserade teknologi kunde anpassas för att skapa en känslig nanoplastsensor för kontinuerlig miljöövervakning.

Kolprickar bildas när ett utgångsmaterial som innehåller mycket kol, som socker eller annat organiskt material, värms upp i måttlig temperatur i flera timmar, säger Jelinek. Denna process kan till och med göras med en konventionell mikrovågsugn. Under uppvärmningen utvecklas det kolhaltiga materialet till färgglada, och ofta fluorescerande, nanometerstora partiklar som kallas "kolprickar". Och genom att byta utgångsmaterial kan kolprickarna ha olika ytegenskaper som kan attrahera olika molekyler.

För att skapa den bakteriella e-näsan spred teamet tunna lager av olika kolprickar på små elektroder, var och en lika stor som en fingernagel. De använde interdigiterade elektroder, som har två sidor med insprängda kamliknande strukturer. Mellan de två sidorna utvecklas ett elektriskt fält, och den lagrade laddningen kallas kapacitans. "När något händer med kolprickarna - antingen de adsorberar gasmolekyler eller nanoplastdelar - då sker en förändring av kapacitansen, som vi enkelt kan mäta", säger Jelinek.

Sedan testade forskarna en proof-of-concept-sensor för nanoplast i luften, och valde kolprickar som skulle adsorbera vanliga typer av plast - polystyren, polypropen och poly(metylmetakrylat). I experiment aerosoliserades plastpartiklar i nanoskala, vilket fick dem att sväva i luften. Och när elektroder belagda med kolpricksfilmer exponerades för den luftburna nanoplasten, observerade teamet signaler som var olika för varje typ av material, säger Jelinek. Eftersom antalet nanoplaster i luften påverkar intensiteten på den genererade signalen, tillägger Jelinek att sensorn för närvarande kan rapportera mängden partiklar från en viss plasttyp antingen över eller under en förutbestämd koncentrationströskel. Dessutom, när polystyrenpartiklar i tre storlekar – 100 nm breda, 200 nm breda och 300 nm breda – aerosoliserades, var sensorns signalintensitet direkt relaterad till partiklarnas storlek.

Teamets nästa steg är att se om deras system kan särskilja plasttyperna i blandningar av nanopartiklar. Precis som kombinationen av kolpricksfilmer i den bakteriella e-näsan skiljde mellan gaser med olika polariteter, säger Jelinek att det är troligt att de kan justera nanoplastsensorn för att skilja mellan ytterligare typer och storlekar av nanoplaster. Förmågan att detektera olika plaster baserat på deras ytegenskaper skulle göra nanoplastiska sensorer användbara för att spåra dessa partiklar i skolor, kontorsbyggnader, hem och utomhus, säger han. + Utforska vidare

Polaris förorenad med nanoplast