Американські матеріалознавці створили бездротовий сенсор для виявлення мікропластику у воді, що використовує люмінесцентний барвник і машинне навчання для аналізу результатів.
Мікропластик, який складається з фрагментів менше п’яти міліметрів, поширився практично по всій планеті, від Антарктиди до людської крові. Попри глобальне забруднення, вплив мікропластику на здоров’я досі не до кінця вивчений. Деякі дослідження, наприклад, свідчать про його можливу роль у підвищенні ризику серцевих захворювань і порушення репродуктивної функції. Крім того, мікропластикові частинки можуть накопичувати токсичні речовини, що збільшує їхню шкідливість для живих організмів.
До сьогодні для виявлення мікропластику використовували складні й дорогі методи, такі як мас-спектрометрія або аналіз траєкторій частинок. Проте нова технологія, розроблена групою дослідників з Університету Британської Колумбії під керівництвом Тіанксі Янга, дозволяє значно спростити процес. Вчені розробили бездротовий сенсор, який можна використовувати навіть у домашніх умовах.
Ця технологія заснована на здатності мікропластику зв’язуватися з органічними речовинами. Дослідники використали люмінесцентний барвник на основі комплексів цирконію (Zr4+) з таніновою кислотою (TA), яка є нетоксичною і міститься в багатьох харчових продуктах, таких як чай і гранат. Цей барвник випромінює люмінесценцію, яка підсилюється, коли частинки збираються на поверхні мікропластику, що дозволяє підрахувати їх кількість і обчислити концентрацію.
Для оптимізації експерименту вчені провели низку тестів з метою досягти максимально яскравого сигналу від мікропластику, при цьому мінімізуючи фонові шуми. У результаті вони зупинилися на співвідношенні TA/Zr4+ рівному 1:600, що дозволило уникнути осадження барвника і отримати чіткі результати.
Сам сенсор складається з бездротового цифрового мікроскопа, світлодіода та фільтра збудження. Для детектування мікропластику достатньо нанести краплю води на предметне скло, після чого нейромережа аналізує отримані дані. Експерименти показали, що пристрій здатний виявляти частинки розміром від 50 нанометрів з мінімальною концентрацією 17 тисяч частинок на мілілітр.
Для обробки результатів використовується пакет MATLAB та алгоритми машинного навчання, які відокремлюють сигнали мікропластику від фонових шумів і надсилають результати на смартфон. Користувачу не потрібно володіти спеціальними знаннями для використання цього інструменту — додаток має простий інтерфейс.
Пристрій може бути корисним не тільки для дослідників, але й у харчовій промисловості, закладах громадського харчування та для освітніх цілей. У майбутньому його можна буде налаштувати на виявлення різних типів пластику в різних середовищах, таких як кава чи чай.