تقنية رائدة تكشف الجسيمات البلاستيكية الدقيقة بحساسية غير مسبوقة

في إنجاز رائد، طور فريق بحثي بقيادة الدكتور هو سانغ جونغ من قسم التقارب النانوي-الحيوي في معهد كوريا لعلوم المواد (KIMS)، بالتعاون مع معهد KOTITI للاختبار والبحث، تقنية ثورية قادرة على اكتشاف الجسيمات البلاستيكية الدقيقة (MPs) بسرعة وحساسية عالية. 

تشكل هذه الجسيمات البلاستيكية الصغيرة مخاطر كبيرة على صحة الإنسان والبيئة بسبب انتشارها الواسع في السلسلة الغذائية والبيئة. تم نشر نتائج البحث مؤخراً في مجلة Advanced Functional Materials المرموقة.

تقنية قائمة على المجموعة تعيد تعريف اكتشاف الجسيمات البلاستيكية الدقيقة

تقنية اكتشاف الجسيمات البلاستيكية الدقيقة المبتكرة التي طورها فريق البحث هي على شكل مجموعة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الميدانية. وعلى عكس الطرق الحالية التي تتطلب معالجة مسبقة معقدة ومعدات عالية الأداء، تبسط هذه التقنية القائمة على المجموعة العملية. في غضون 20 دقيقة فقط، يمكن للتقنية تحديد نوع وعدد وتوزيع الجسيمات البلاستيكية الدقيقة دون أي معالجة مسبقة.

يكمن مفتاح هذا الاختراق في مادة بلازمونية مصممة كجيب نانوي، قادرة على التقاط الجسيمات البلاستيكية الدقيقة على سطح فلتر ورقي بمسامات مجهرية. يعزز هذا الجيب النانوي الإشارة البصرية للجسيمات البلاستيكية الدقيقة الملتقطة، مما يتيح اكتشافاً عالي الحساسية. عند حقن محلول عينة يحتوي على جسيمات بلاستيكية دقيقة عبر حقنة، يتم تضخيم الإشارة الطيفية لرامان للجسيمات البلاستيكية الدقيقة على المادة البلازمونية ذات الشكل الجيب النانوي، مما يسمح بالكشف الدقيق على كل من المقياس الميكروي والنانوي.

الذكاء الاصطناعي يعزز دقة الكشف

لتعزيز دقة اكتشاف الجسيمات البلاستيكية الدقيقة بشكل أكبر، أدمج فريق البحث الذكاء الاصطناعي (AI) في النظام. تم تدريب نظام الذكاء الاصطناعي على إشارات مطيافية رامان الفريدة للجسيمات البلاستيكية الدقيقة، مما مكنه من تمييز إشارات الجسيمات البلاستيكية الدقيقة عن التداخلات المحتملة في العينة. يتيح هذا التقدم تحديد الجسيمات البلاستيكية الدقيقة بدقة في بيئات معقدة أو عينات بشرية، بما في ذلك تحديد تركيزها وتوزيعها ونوعها.

إحدى الميزات المميزة لهذه التقنية هي استخدام مقياس طيف رامان المحمول للكشف. يزيد هذا الجهاز المحمول بشكل كبير من جدوى الكشف الميداني، مما يلغي الحاجة إلى معدات مختبرية واسعة النطاق وباحثين ذوي مهارات عالية. يوفر الجمع بين التقنية القائمة على المجموعة ومقياس الطيف المحمول حلاً عملياً لتحديد الجسيمات البلاستيكية الدقيقة في سيناريوهات العالم الحقيقي.

أصبحت تلوث الجسيمات البلاستيكية الدقيقة قضية ملحة على مستوى العالم، مع تقارير عن إطلاق هذه الجسيمات البلاستيكية المتناهية الصغر من المنتجات اليومية مثل عبوات المشروبات وحقائب الوجبات الخفيفة. ومع ذلك، حتى الآن، لم تكن هناك طريقة للكشف عن الجسيمات البلاستيكية الدقيقة بالمقياس الميكروي أو النانوي، مما يؤكد الحاجة الملحة لطرق كشف موثوقة.

يعد تطوير هذه التقنية المتطورة أمراً بالغ الأهمية، ليس فقط لأنها تعالج المخاوف البيئية والصحية الحالية، ولكن أيضاً لأنها لديها القدرة على تمهيد الطريق للوائح المستقبلية الخاصة بالمنتجات البلاستيكية وعبوات الطعام والمشروبات. يعد الكشف عن الجسيمات البلاستيكية الدقيقة وقياسها بدقة خطوة حاسمة نحو التخفيف من آثارها الضارة على كل من البيئة وصحة الإنسان.

آثار واعدة لاعتماد أوسع

أعرب الدكتور هو سانغ جونغ، الباحث الأول في KIMS الذي قاد هذا التطور الرائد، عن تفاؤله بشأن التأثير المحتمل للتقنية. وقال: "إذا تم تجنيس هذه التقنية، فسيتم نشر تقنية اكتشاف الجسيمات البلاستيكية الدقيقة عالمياً بسهولة وسرعة أكبر". وشدد الدكتور جونغ على التزام KIMS بتطوير تقنيات المواد لسلامة الأجيال الحالية والمستقبلية.

ينوي فريق البحث التعاون مع معهد KOTITI للاختبار والبحث لتوحيد تقنية اكتشاف الجسيمات البلاستيكية الدقيقة. يُعد هذا التعاون خطوة حاسمة نحو ضمان موثوقية واتساق نتائج التقنية، وهو أمر ضروري للاعتماد الواسع والنموذجي التنظيمي.

علاوة على ذلك، يشارك فريق البحث بنشاط في أبحاث مستمرة للكشف عن الجسيمات البلاستيكية الدقيقة حسب الحجم وتقييم سميتها على جسم الإنسان. ستوفر هذه الأبحاث الإضافية فهماً أعمق للمخاطر المرتبطة بالجسيمات البلاستيكية الدقيقة وتساهم في استراتيجيات تخفيف أكثر شمولاً.