جهاز محمول لقياس جزيئات البلاستيك الدقيقة المنبعثة من العناصر الأكواب وزجاجات المياه بدقة وبأسعار معقولة

لقد تسللت المواد البلاستيكية الدقيقة إلى طعامنا ومياهنا وحتى الهواء الذي نتنفسه، ويتم العثور عليها بشكل متزايد في أجسامنا، من أنسجة الخصية إلى مادة الدماغ.

ردًا على هذا القلق المتزايد، طور باحثون في جامعة كولومبيا البريطانية جهازًا محمولًا وبأسعار معقولة يمكنه قياس جزيئات البلاستيك الدقيقة المنبعثة من العناصر اليومية مثل الأكواب التي تستخدم لمرة واحدة وزجاجات المياه بدقة .

أجهزة الكشف عن المواد البلاستيكية الدقيقة

وأشار مؤلفو الدراسة إلى أن “تراكم الجسيمات البلاستيكية الدقيقة/النانوية في النظم البيئية يشكل مخاطر بيئية هائلة على الكائنات الحية الأرضية والمائية، ومن الأهمية بمكان تصميم أجهزة سريعة وقابلة للنشر في الميدان وحساسة لتقييم المخاطر المحتملة لتلوث الجسيمات البلاستيكية الدقيقة” .

وأضافوا “ومع ذلك، فإن التقنيات الحالية للكشف عن MNPs لها فعالية محدودة، هنا، قمنا بتصميم جهاز محمول لاسلكي يسمح بالكشف السريع والحساس وفي الموقع عن MNPs، متبوعًا بمعالجة البيانات عن بعد عبر خوارزميات التعلم الآلي للتصوير الفلوري الكمي.”

تم تفصيل تطوير هذه الأداة ونتائجها في مجلة ACS Sensors .

يستخدم هذا الجهاز الجديد، الذي يعمل بالاشتراك مع تطبيق للهواتف الذكية، تقنية التسمية الفلورية للكشف عن جزيئات البلاستيك التي يتراوح حجمها من 50 نانومتر إلى 10 ميكرون – وهي جزيئات صغيرة للغاية بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، ويتم تقديم النتائج في غضون دقائق.

جزيئات البلاستيك

النانوبلاستيك ومخاوف الصحة البشرية

قال تيانكسي يانج، الأستاذ المساعد في كلية الأراضي وأنظمة الغذاء، الذي طور الأداة: “إن تحلل قطع البلاستيك الأكبر إلى جزيئات بلاستيكية دقيقة وجزيئات بلاستيكية نانوية يشكل تهديدًا كبيرًا لأنظمة الغذاء والنظم البيئية وصحة الإنسان، تسمح هذه التقنية الجديدة بالكشف السريع والرخيص عن هذه المواد البلاستيكية، مما قد يساعد في حماية صحتنا وأنظمتنا البيئية”.

تنتج الجسيمات البلاستيكية النانوية والميكروبلاستيكية عن تحلل المواد البلاستيكية مثل علب الغداء والأكواب والأواني.

ونظرًا لحجمها الصغير ومساحتها السطحية الكبيرة، فإن الجسيمات البلاستيكية النانوية تشكل خطرًا خاصًا على صحة الإنسان لأنها قادرة على امتصاص السموم واختراق الحواجز البيولوجية داخل جسم الإنسان بسهولة أكبر.

جهاز الكشف السريع عن المواد البلاستيكية الدقيقة

يتطلب اكتشاف هذه الجزيئات البلاستيكية الصغيرة عادة مهارات متخصصة ومعدات باهظة الثمن. وكان هدف فريق يانج هو جعل عملية الاكتشاف أسرع وأسهل وأكثر موثوقية.

لقد ابتكروا جهازًا مضغوطًا وقابلًا للتحلل البيولوجي مطبوعًا بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ويتضمن مجهرًا رقميًا لاسلكيًا وضوء LED أخضر ومرشح إثارة.

لقياس الجزيئات البلاستيكية، قاموا بتخصيص برنامج MATLAB باستخدام خوارزميات التعلم الآلي ودمجها مع برنامج التقاط الصور.

النتيجة هي أداة محمولة تعمل مع هاتف ذكي أو أجهزة محمولة أخرى للكشف عن وجود جزيئات بلاستيكية في العينة.

تتطلب الأداة عينة سائلة صغيرة فقط – أقل من قطرة ماء – وتجعل الجزيئات البلاستيكية تتألق تحت ضوء LED الأخضر في المجهر، مما يسمح بتصورها وقياسها.

وتعد النتائج سهلة التفسير، سواء من قبل فني في مختبر معالجة الأغذية أو من قبل شخص مهتم بمحتوى البلاستيك الدقيق في كوب القهوة الخاص به.

قياس جزيئات البلاستيك

تركيز البحث

وفي دراستهم، اختبر العلماء أكواب البوليسترين التي تستخدم لمرة واحدة عن طريق ملئها بـ50 مل من الماء المقطر المغلي وتركها لتبرد لمدة 30 دقيقة.

وأظهرت النتائج أن هذه الأكواب أطلقت مئات الملايين من جزيئات البلاستيك النانوية الحجم، كل منها يبلغ عرضها حوالي مائة من عرض شعرة الإنسان أو أصغر.

وأوضح هاومينج (بيتر) يانج، أحد المشاركين في الدراسة، وهو طالب ماجستير في كلية الأراضي وأنظمة الغذاء: “بمجرد أن يلتقط المجهر الموجود في الصندوق الصورة الفلورية، يطابق التطبيق مساحة البكسل في الصورة مع عدد البلاستيك”، “تظهر القراءة ما إذا كان البلاستيك موجودًا وكميته، كل اختبار يكلف 1.5 سنت فقط”.

تم معايرة الجهاز حاليًا لقياس البوليسترين، ولكن يمكن تعديل خوارزمية التعلم الآلي للكشف عن أنواع أخرى من البلاستيك، مثل البولي إيثيلين أو البولي بروبيلين.

التأثيرات الأوسع للدراسة

ويتمثل الهدف التالي للباحثين في تسويق الجهاز وتوسيع استخدامه لتحليل المواد البلاستيكية الدقيقة في تطبيقات مختلفة في العالم الحقيقي.

لا تزال الآثار طويلة المدى لتناول البلاستيك من الأطعمة والمشروبات والجسيمات المحمولة جوًا قيد الدراسة، لكن النتائج الأولية تشير إلى وجود سبب للقلق.

وقال يانج: “لتقليل تناول البلاستيك، من المهم التفكير في تجنب المنتجات البلاستيكية المعتمدة على البترول من خلال اختيار بدائل مثل الزجاج أو الفولاذ المقاوم للصدأ لحاويات الطعام”،” تطوير مواد التغليف القابلة للتحلل الحيوي أمر مهم أيضًا لاستبدال البلاستيك التقليدي والتحرك نحو عالم أكثر استدامة.”