Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Ho Sang Jung von der Abteilung für Nano-Bio-Konvergenz am Korea Institute of Materials Science (KIMS), einem Forschungsinstitut des Ministeriums für Wissenschaft und IKT, in Zusammenarbeit mit dem KOTITI Testing & Research Institute, hat die weltweit erste Technologie zum schnellen und hochempfindlichen Nachweis von Mikroplastik (MPs) entwickelt, das durch Umweltverschmutzung und die Nahrungskette menschliche und genetische Toxizität verursachen kann.
Die Forschungsergebnisse wurden am 10. September veröffentlicht Fortschrittliche Funktionsmaterialien.
Bei der vom Forschungsteam entwickelten vor Ort anwendbaren MP-Erkennungstechnologie handelt es sich um eine Kit-Technologie. Bei der Filterung durch ein MP-Nachweiskit vom Spritzenfiltertyp können Typ, Anzahl und Verteilung der MP innerhalb von 20 Minuten ohne Vorbehandlung identifiziert werden.
Das Forschungsteam konzentrierte sich auf die Tatsache, dass Abgeordnete herausgefiltert werden können. Das Team synthetisierte ein plasmonisches Material in Form einer Nanotasche, das MPs auf der Oberfläche eines Papierfilters mit Mikroporen einfangen und das optische Signal der eingefangenen MPs verstärken kann. Wenn eine Probenlösung, die MPs enthält, durch eine Spritze injiziert wird, wird das Raman-Spektralsignal der MPs auf dem plasmonischen Material vom Nanotaschentyp verstärkt, was eine hochempfindliche Detektion ermöglicht. Die Technologie kann auch zur Erkennung von MPs im Nanometerbereich eingesetzt werden.
Darüber hinaus hat das Forschungsteam ein künstliches Intelligenzsystem (KI) auf die einzigartigen Raman-Spektroskopiesignale von MPs vortrainiert, sodass die künstliche Intelligenz (KI) bestimmen kann, ob das erkannte Signal MPs entspricht, selbst wenn störende Elemente darin enthalten sind die Probe. Diese Technologie ermöglicht die genaue Identifizierung von MPs in komplexen Umgebungen oder menschlichen Proben sowie deren Konzentration, Verteilung und Art.
Bestehende Technologien zur Erkennung von MPs waren vor Ort nur schwer einsetzbar. Dies liegt daran, dass eine komplexe Vorbehandlung, leistungsstarke Geräte und Analysen durch erfahrene Forscher erforderlich sind. Diese Technologie ersetzt den Vorbehandlungsprozess in Form eines Filters und verbessert die Empfindlichkeit des Materials, anstatt die Leistung der Ausrüstung zu erhöhen.
Der größte Unterschied besteht darin, dass die analytischen Fähigkeiten qualifizierter Forscher durch maschinelles Lernen ersetzt wurden. Das Detektionsgerät hat außerdem den Vorteil, dass es ein tragbares Raman-Spektrometer verwendet, was die Möglichkeit einer Detektion vor Ort erhöht.
Derzeit tauchen weiterhin Fragen zur Umweltverschmutzung und zum menschlichen Risiko auf, die mit Abgeordneten im In- und Ausland verbunden sind. Es wurde berichtet, dass MPs leicht aus unseren Alltagsprodukten wie Getränkebehältern und Snackbeuteln freigesetzt werden. Bisher gibt es jedoch keine Methode zum Nachweis kleiner MPs im Mikro- oder Nanobereich. Daher besteht die Notwendigkeit, Technologien zu entwickeln, um eine internationale Standardnachweismethode zu etablieren.
Da dies zu künftigen Vorschriften für Kunststoffprodukte sowie Lebensmittel- und Getränkebehälter führen könnte, ist es sinnvoll, dass wir eine Technologie entwickelt haben, um Import- und Exportvorschriften aufgrund künftiger Umweltprobleme durch die Entwicklung von Quellentechnologie präventiv zu überwinden. Ein weiterer Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass die breite Öffentlichkeit sie bei Bedarf problemlos nutzen kann, da der Sensor als Bausatz hergestellt wird.
Dr. Ho Sang Jung, ein leitender Forscher bei KIMS, der diese Technologie entwickelt hat, sagte: „Wenn diese Technologie kommerzialisiert wird, wird die Technologie zur universellen Erkennung von MPs einfacher und schneller verbreitet werden“ und „Auf dieser Grundlage wird KIMS weiterhin keine Ressourcen verschonen.“ „Wir sind bestrebt, Materialtechnologien für die Sicherheit der Menschen und zukünftiger Generationen zu entwickeln“, fügte er hinzu.
Das Forschungsteam plant, mit dem KOTITI Testing & Research Institute zusammenzuarbeiten, um die MP-Erkennungstechnologie in Zukunft zu standardisieren. Unterdessen führt das Forschungsteam derzeit Folgeuntersuchungen durch, um MPs anhand ihrer Größe zu erkennen und ihre Toxizität für den menschlichen Körper zu bewerten.
Mehr Informationen:
Jun Young Kim et al, 3D-Plasmonische Gold-Nanotaschenstruktur für die auf maschinellem Lernen basierende SERS-Mikroplastikerkennung, Fortschrittliche Funktionsmaterialien (2023). DOI: 10.1002/adfm.202307584