Rilevatore di nanoplastiche stampato in 3D per l'inquinamento da microplastiche

Un team di ingegneri della McGill University ha recentemente presentato un rilevatore di nanoplastiche stampato in 3D. Il nuovo dispositivo è in grado di rilevare inquinanti nocivi in ​​modo più efficiente e su uno spettro più ampio. I ricercatori sperano che il loro nuovo sistema contribuisca a promuovere la collaborazione e l'innovazione nel settore degli inquinanti microplastici. Ecco come questo sviluppo potrebbe contribuire a rendere il mondo più sicuro per le generazioni future.

Perché le microplastiche rappresentano una crisi ambientale crescente

Da quando la produzione di plastica è entrata a pieno regime all'inizio del XIX secolo, le microplastiche si sono lentamente accumulate nell'ambiente. In particolare, il termine "microplastiche" è emerso per la prima volta nel 19, dopo che Richard Thompson e un team di ricercatori lo hanno utilizzato dopo aver studiato gli inquinanti oceanici. Queste minuscole particelle di plastica, di dimensioni inferiori a 2004 mm, si formano quando pezzi di plastica più grandi si decompongono nel tempo.

I dati mostrano che ogni anno fino a 40 milioni di chili di microplastiche entrano nell'ambiente. Purtroppo, gli stessi dati suggeriscono che, a questo ritmo, raddoppieranno entro il 2040. Secondo i ricercatori, le microplastiche sono ormai presenti in quasi tutti gli ambienti, persino all'interno del nostro corpo.

Le microplastiche sono particolarmente pericolose perché entrano nella catena alimentare, creando scenari pericolosi. Nel 2022, ricercatori Nei Paesi Bassi, hanno condotto una serie di esperimenti per valutare l'entità dell'inquinamento a livello individuale. I test hanno rivelato che l'80% dei soggetti presentava inquinanti microplastici all'interno del proprio corpo.

Un altro studio¹, che ha cercato di determinare l'assunzione media di microplastiche da parte di una persona, ha scoperto che un adulto medio assume più di 121,000 particelle di microplastica all'anno attraverso aria, cibo e bevande. Oltre ai problemi di ingestione, ci sono anche problemi di qualità dell'aria e dell'acqua. Il problema è diventato così grave che le Nazioni Unite hanno reso la riduzione delle microplastiche un obiettivo globale.

Metodi attuali per rilevare le microplastiche

L'attuale metodo per rilevare le microplastiche nell'ambiente richiede diversi passaggi. La spettrometria di massa fornisce la rilevazione più dettagliata e accurata delle microplastiche su scala nanometrica. Tuttavia, questi campioni devono essere raccolti e preparati adeguatamente prima di poter essere analizzati.

Sfide con le tecniche tradizionali di rilevamento delle microplastiche

L'attuale metodo di rilevamento delle microplastiche pone i ricercatori in difficoltà, in quanto devono dedicare molto tempo alla preparazione dei campioni per le scansioni di spettrometria di massa (MS). La complessa preparazione dei campioni, unita alla totale assenza di protocolli consolidati per il rilevamento delle nanoplastiche, ha portato a lacune nella ricerca e all'incapacità di rilevare in modo accurato ed efficiente nanoplastiche e microplastiche in un'ampia gamma di matrici ambientali.

Studio rivoluzionario della McGill University

I ricercatori della McGill University ritengono di aver risolto questo problema. Hanno recentemente pubblicato lo studio.² Una piattaforma di spettrometria di massa HoLDI per il rilevamento di nanoplastiche aerodisperse, sulla rivista scientifica Nature's Communications Chemistry. Questo articolo introduce un nuovo metodo per la raccolta e l'analisi di nanoplastiche e microplastiche presenti nell'aria e nell'acqua.

Fonte - Nature

Che cos'è il rilevatore di nanoplastiche HoLDI stampato in 3D?

Gli ingegneri hanno iniziato i loro lavori basandosi sulla spettroscopia di massa (MS) a desorbimento/ionizzazione laser assistita da matrice (MALDI) per la ricerca su nano/microplastiche aerodisperse, già esistente. Hanno notato che, se fossero riusciti a integrare una piattaforma di desorbimento/ionizzazione laser cavo (HoLDI) stampata in 3D, avrebbero potuto offrire segnali MS più efficienti, affidabili e sostenibili.

Come funziona la desorbimento/ionizzazione laser cava

Ci sono diverse ragioni per cui gli ingegneri hanno ritenuto che HoLDI-MS fosse l'opzione migliore. Innanzitutto, ha eliminato la necessità di complessi pretrattamenti del campione. Questi passaggi rappresentano una sfida importante per gli ingegneri e hanno portato a una mancanza di standardizzazione globale, riducendo la cooperazione internazionale.

Costruzione del rilevatore stampato in 3D

I ricercatori hanno configurato il loro nuovo sistema utilizzando analiti che contengono substrato e che sono collegati direttamente al fondo di una piastra bersaglio HoLDI stampata in 3D. Da lì, l'intera configurazione viene fissata a un portapiastra prima che il team inserisca il campione nello spettrometro di massa. Una volta sistemato, il team utilizza laser per penetrare la piastra bersaglio. In particolare, il fascio attraversa le strutture cave prima di irradiare le particelle sospese nell'aria, consentendo al team di condurre un'analisi diretta del campione.

Analisi diretta e senza preparazione delle microplastiche

Gli ingegneri hanno sottolineato che l'eliminazione del processo di preparazione del campione rappresenta un importante miglioramento del sistema. La complessità della preparazione del campione ha a lungo ostacolato l'utilizzo della spettroscopia di massa sul campo. Questo nuovo approccio è in grado di prelevare campioni non preparati e determinarne la distribuzione granulometrica, la composizione chimica e le caratteristiche fisico-chimiche. In particolare, il metodo può essere utilizzato sia per test aerei che acquatici.

Test nel mondo reale su aria, neve e acqua

Gli ingegneri hanno condotto diversi test per garantire l'accuratezza dei risultati. Nello specifico, è stato utilizzato un misuratore di particelle a mobilità di scansione (SMPS) per tracciare la distribuzione granulometrica delle particelle al di sotto di 1 µm. Inoltre, un misuratore di particelle ottico (OPS) ha permesso al team di misurare con precisione particelle di dimensioni comprese tra 0.3 e 10 µm. Infine, il team ha utilizzato un impattatore a deposito uniforme a microorifizi a cascata (MOUDI) per raccogliere eventuali aerosol presenti sui substrati di impatto.

I test del team hanno permesso agli ingegneri di monitorare la densità delle particelle aerodisperse di dimensioni nanometriche per un periodo di monitoraggio di 24 ore. Inoltre, hanno testato il loro strumento in diverse matrici ambientali reali. Nello specifico, il team ha testato aria, neve e acqua.

Risultati superiori grazie al nuovo metodo di rilevamento

I risultati dei test hanno dimostrato che il sistema di rilevamento delle nanoplastiche ha offerto un'analisi di produttività superiore degli aerosol. Il team ha monitorato con successo la densità e la quantità di polietilene, polietilenglicole e polidimetilsilossano in un ambiente interno.

Anche i risultati per il tracciamento delle particelle trasportate dall'acqua sono stati impressionanti. Il nuovo approccio consente di ottenere contemporaneamente dati basati sulla massa e informazioni fisico-chimiche basate sulle particelle con costi di gestione inferiori e risultati più rapidi. Inoltre, i risultati dei test hanno aiutato gli ingegneri a creare un framework universale per la raccolta, la preparazione e l'analisi degli aerosol.

Vantaggi del rilevatore di nanoplastiche stampato in 3D

Questo studio offre numerosi vantaggi. Innanzitutto, contribuisce a gettare le basi per una standardizzazione globale degli inquinanti microplastici. Il team ha già dichiarato di voler rendere tutte le proprie ricerche accessibili ad altri ingegneri. L'accessibilità è favorita dall'eliminazione della necessità per i laboratori di possedere strumenti avanzati come gli impattori a cascata. Al contrario, un semplice sistema di filtrazione sotto vuoto rappresenta un'alternativa efficace per la raccolta di aerosol, aprendo le porte alla partecipazione globale.

Test più accurati, sostenibili e convenienti

Un altro importante vantaggio di questo approccio è l'eliminazione della necessità di preparare i campioni. Gli ingegneri hanno affermato che la preparazione dei campioni per la spettroscopia di massa (MS) è una delle fasi più lunghe e delicate dell'attuale processo di rilevamento delle microplastiche. L'eliminazione della necessità di preparare i campioni significa che gli scienziati possono ottenere risultati più rapidamente e con meno sforzo.

Questo studio introduce uno strumento riciclabile che migliora la sostenibilità. Ad esempio, l'eliminazione delle preparazioni dei campioni riduce la necessità di prodotti chimici per la matrice e di agenti di appaiamento ionico, riducendo i costi e migliorando la sostenibilità a lungo termine.

Portabilità e applicazioni sul campo

La natura portatile del sistema di test delle microplastiche aggiornato rappresenta un grande vantaggio. Questo approccio consentirà ad ambientalisti e scienziati di condurre test in loco per le microplastiche. Questo approccio può aiutarli a individuare meglio i principali fattori che contribuiscono all'inquinamento e a individuare dove concentrare gli sforzi.

L'accuratezza di questo test sulle microplastiche supera di gran lunga quella dei suoi predecessori. L'eliminazione della fase di preparazione e l'introduzione di un approccio standardizzato sono tutti passaggi che hanno contribuito a fornire dati più accurati sulle microplastiche rispetto alle vecchie opzioni. Ora, i ricercatori possono vedere esattamente come e dove le microplastiche causano danni.

Promuovere la standardizzazione e la collaborazione globale

Il team è entusiasta dell'ispirazione che il loro studio porterà al mercato. Questo approccio offre un confronto e una convalida dei dati di livello superiore tra i laboratori di tutto il mondo. Di conseguenza, dovrebbe contribuire a rafforzare la cooperazione, portando a una maggiore innovazione e colmando al contempo le incognite relative ai processi.

Il metodo di rilevamento delle microplastiche aggiornato è più conveniente rispetto ai suoi predecessori. I costi inferiori derivano dall'eliminazione della preparazione dei campioni. Questa fase richiedeva tempo e denaro. Il nuovo approccio è più conveniente, con i ricercatori che si vantano che l'installazione costa solo un paio di dollari a campione.

L'efficienza è un altro vantaggio che rende questo approccio una soluzione migliore. Il vecchio metodo di rilevamento delle nanoplastiche era accurato e richiedeva molti più passaggi, personale e attrezzature. Il sistema di rilevamento delle nanoparticelle aggiornato riduce i costi e fornisce risultati più accurati grazie a un approccio più efficiente dal punto di vista energetico.

Casi d'uso futuri: dai sistemi di sicurezza agli standard di settore

Esistono numerose applicazioni per un rilevatore di microplastiche semplice da usare e preciso. Questo dispositivo permetterebbe a chiunque di individuare con precisione le fonti di nano e microplastiche nell'ambiente, consentendo sia alle persone che ai produttori di ridurre efficacemente l'inquinamento. Ecco alcune applicazioni chiave di questa tecnologia.

Gli ingegneri hanno notato che, col tempo, il loro rilevatore può essere configurato per tracciare anche altre sostanze chimiche nocive. Il dispositivo è in grado di monitorare contaminanti metallici pericolosi, sostanze organiche secondarie e bioaerosol. L'efficienza del sistema e la sua portabilità contribuiscono alla sua utilità come dispositivo di sicurezza.

Tempistiche previste per l'implementazione nel mondo reale

Potrebbero volerci altri 5 anni prima che questa ricerca venga messa a frutto. Le crescenti preoccupazioni relative alle microplastiche e agli inquinanti che entrano nell'organismo contribuiranno sicuramente ad accelerare il lancio di questo prodotto. Per ora, il team ha dichiarato che si concentrerà sul miglioramento dell'efficienza e della precisione della macchina.

Ricercatori di rilevatori di nanoplastiche stampati in 3D

Lo studio sul sistema di rilevamento delle nanoplastiche stampate in 3D è stato condotto dal Dipartimento di Chimica dell'Università McGill di Montreal, QC, Canada. La professoressa di chimica Parisa Ariya è indicata come autrice principale, insieme a Zi Wang, Nadim K. Saadé, Robert J. Panetta, Zi Wang e Robert J. Panetta. In particolare, lo studio ha ricevuto finanziamenti dal Consiglio canadese per la ricerca in scienze naturali e ingegneria (NSERC), dalla Fondazione canadese per l'innovazione (CFI) e dal Consiglio nazionale delle ricerche del Canada (NRC).

Il futuro della tecnologia di rilevamento delle nanoplastiche

Il futuro dei sistemi di rilevamento delle nanoplastiche è luminoso. Oggi c'è una reale necessità di queste soluzioni. Pertanto, gli ingegneri sperano che il loro strumento possa contribuire a sostenere i movimenti promossi dalla comunità per ridurre l'inquinamento. L'obiettivo del progetto è promuovere la cooperazione internazionale e armonizzare la ricerca globale sull'inquinamento da plastica.

Investire nel riciclaggio della plastica

L'inquinamento da plastica è un problema importante che ha dato vita a un intero settore dedicato alla bonifica di questi rifiuti a livello globale. Oggi, diverse aziende sono in prima linea nel percorso verso un futuro più sano e sostenibile. Ecco un'azienda che detiene una posizione di forza sul mercato.

Loop Industries Inc

Industrie del ciclo (LOOP ) Fondata da Daniel Solomita nel 2014, l'azienda è unica nel suo genere perché il suo modello di business si concentra sul riciclo di rifiuti di PET e poliestere. Questo approccio è completato dall'introduzione di una rivoluzionaria tecnica di riciclo della plastica, chiamata tecnologia di depolimerizzazione.

La tecnologia di depolimerizzazione consente agli utenti di creare PET riciclato ad alta purezza, da utilizzare negli imballaggi per beni di consumo, direttamente dai rifiuti plastici. Questo approccio ha aiutato l'azienda a conquistare una nicchia di mercato. Recentemente ha iniziato a offrire prodotti riciclati al 100%, tra cui le bottiglie in PET Loop.

Loop Industries ha registrato una crescita considerevole dal suo lancio. In particolare, l'azienda è stata quotata in borsa tramite una fusione inversa. Oggi gode di un forte sostegno da parte di investitori istituzionali e privati. Ad esempio, ha ottenuto un investimento di 56.5 milioni di dollari da SK Geo Centric per approfondire la sua ricerca. Tutti questi fattori contribuiscono a rendere Loop Industries un titolo da tenere d'occhio nel settore del riciclo della plastica.

Ultime notizie e sviluppi azionari di Loop Industries

Considerazioni finali: come il rilevamento delle nanoplastiche potrebbe salvare vite umane

Il rilevatore 3D di nanoplastiche è una svolta. Questo sistema di rilevamento dell'inquinamento, economico e altamente accurato, un giorno contribuirà a mantenere più puliti il ​​vostro ambiente di lavoro, la vostra casa e il vostro quartiere. Per ora, vale la pena congratularsi con questi scienziati per il loro duro lavoro e il loro successo, che potrebbero portare a un mondo più sicuro per tutti.

Scopri altri fantastici progetti di sostenibilità Qui.

Studi citati:

<sup>1. Cox, KD, Covernton, GA, Davies, HL, Dower, JF, Juanes, F. e Dudas, SE (2019). Consumo umano di microplastiche. Scienza e tecnologia ambientale, 53(12), 7068-7074. https://doi.org/10.1021/acs.est.9b01517
2. Wang, Z., Saadé, NK, Panetta, RJ e Ariya, PA (2025). Una piattaforma di spettrometria di massa HoLDI per il rilevamento di nanoplastiche aerodisperse. Chimica delle comunicazioni, 8, articolo 90. https://doi.org/10.1038/s42004-025-01483-5</sup>