Uma equipe conjunta da Universidade de Stuttgart, na Alemanha, e da Universidade de Melbourne, na Austrália, desenvolveu um novo método para a análise simples de minúsculas partículas de nanoplástico em amostras ambientais. Apenas um microscópio óptico comum e uma nova tira de teste — o peneira óptica — são necessários. Os resultados da pesquisa foram publicados na Nature Photonics.
“A tira de teste pode servir como uma ferramenta de análise simples na pesquisa ambiental e de saúde,” explica o Prof. Harald Giessen, Chefe do 4º Instituto de Física da Universidade de Stuttgart. “Em um futuro próximo, estaremos trabalhando para analisar as concentrações de nanoplásticos diretamente no local. Mas nosso novo método também pode ser utilizado para testar sangue ou tecido em busca de partículas de nanoplástico.”
Nanoplásticos como perigo para humanos e o meio ambiente
Os resíduos plásticos são um dos problemas globais centrais e agudos do século XXI. Eles não apenas poluem oceanos, rios e praias, mas também foram detectados em organismos vivos na forma de microplásticos. Até agora, os cientistas ambientais se concentraram em resíduos plásticos maiores. No entanto, já se sabe há algum tempo que um perigo ainda maior pode estar por vir: as partículas de nanoplásticos. Essas minúsculas partículas são muito menores que um fio de cabelo humano e são criadas pelo desmembramento de plásticos maiores. Elas não podem ser vistas a olho nu. Essas partículas na faixa submicrométrica podem facilmente atravessar barreiras orgânicas, como a pele ou a barreira hematoencefálica.
Mudanças de cor tornam partículas minúsculas visíveis
Devido ao pequeno tamanho das partículas, sua detecção representa um desafio particular. Como resultado, existem lacunas não apenas em nossa compreensão sobre como as partículas afetam os organismos, mas também uma falta de métodos de detecção rápidos e confiáveis. Em colaboração com um grupo de pesquisa de Melbourne, na Austrália, os pesquisadores da Universidade de Stuttgart desenvolveram um novo método que pode detectar rapidamente e de forma acessível essas pequenas partículas. Mudanças de cor em uma tira de teste especial tornam os nanoplásticos visíveis em um microscópio óptico e permitem que os pesquisadores contem o número de partículas e determinem seu tamanho. “Comparado a métodos convencionais e amplamente utilizados, como a microscopia eletrônica de varredura, o novo método é consideravelmente menos caro, não requer pessoal treinado para operar e reduz o tempo necessário para análises detalhadas,” explica o Dr. Mario Hentschel, Chefe do Laboratório de Microestrutura do 4º Instituto de Física.
Peneira óptica em vez de microscópio eletrônico caro
A “peneira óptica” utiliza efeitos de ressonância em pequenos buracos para tornar visíveis as partículas de nanoplástico. Um estudo sobre os efeitos ópticos em tais buracos foi publicado pela primeira vez pelo grupo de pesquisa da Universidade de Stuttgart em 2023. O processo é baseado em pequenas depressões, conhecidas como vazios de Mie, que são moldadas em um substrato semicondutor. Dependendo de seu diâmetro e profundidade, os buracos interagem de forma característica com a luz incidente. Isso resulta em um reflexo de cor brilhante que pode ser visto em um microscópio óptico. Se uma partícula cair em uma das indentação, sua cor muda notavelmente. Pode-se, portanto, inferir pela mudança de cor se uma partícula está presente no vazio.
“A tira de teste funciona como uma peneira clássica,” explica Dominik Ludescher, doutorando e primeiro autor da publicação na “Nature Photonics.” Partículas variando de 0,2 a 1 µm podem ser examinadas sem dificuldade. “As partículas são filtradas do líquido usando a peneira, na qual o tamanho e a profundidade dos buracos podem ser adaptados às partículas de nanoplástico, e posteriormente, pela mudança de cor resultante, podem ser detectadas. Isso nos permite determinar se os vazios estão cheios ou vazios.”
Número, tamanho e distribuição de tamanhos das partículas podem ser determinados
O novo método de detecção utilizado pode fazer ainda mais. Se a peneira for equipada com vazios de diferentes tamanhos, apenas uma partícula de um tamanho apropriado se acumulará em cada buraco. “Se uma partícula for muito grande, não caberá no vazio e será simplesmente eliminada durante o processo de limpeza,” diz Ludescher. “Se uma partícula for muito pequena, ela adere mal ao poço e será lavada durante a limpeza.” Dessa forma, as tiras de teste podem ser adaptadas de modo que o tamanho e o número de partículas em cada buraco individual possam ser determinados a partir da cor refletida.
Amostras ambientais sintetizadas examinadas
Para suas medições, os pesquisadores usaram partículas esféricas de diversos diâmetros. Essas partículas estão disponíveis em soluções aquosas com nanopartículas específicas. Como amostras reais de corpos d’água com concentrações conhecidas de nanopartículas ainda não estão disponíveis, a equipe produziu uma amostra apropriada por conta própria. Os pesquisadores utilizaram uma amostra de água de um lago que continha uma mistura de areia e outros componentes orgânicos e adicionaram partículas esféricas em quantidades conhecidas. A concentração de partículas plásticas foi de 150 µg/ml. O número e a distribuição de tamanhos das partículas de nanoplásticos também foram determinados para esta amostra usando a “peneira óptica.”
Pode ser usada como uma tira de teste
“A longo prazo, a peneira óptica será utilizada como uma ferramenta de análise simples na pesquisa ambiental e de saúde. A tecnologia poderia servir como uma tira de teste móvel que forneceria informações sobre o conteúdo de nanoplásticos em água ou solo diretamente no local,” explica Hentschel. A equipe agora planeja experimentos com partículas de nanoplástico que não são esféricas. Os pesquisadores também pretendem investigar se o processo pode ser usado para distinguir entre partículas de diferentes plásticos. Eles estão particularmente interessados em colaborar com grupos de pesquisa que tenham expertise específica na análise de amostras reais de corpos d’água.