Un biosensore rileva le nanoplastiche presenti nell'acqua in pochi minuti | Science Tokyo
Un biosensore a base di peptidi consente il rilevamento diretto delle nanoparticelle di polistirene
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La crescente presenza di nanoplastiche nell’ambiente ha messo in luce la necessità di metodi di rilevamento più semplici, spingendo i ricercatori di Science Tokyo a sviluppare un biosensore rapido per rilevare le nanoparticelle di polistirene nell’acqua. Testato sia su campioni d’acqua modello che su campioni reali addizionati con nanoparticelle di polistirene, il dispositivo ha rilevato particelle da 50 nm in 20 minuti senza marcatura né preparazione approfondita dei campioni. Questa tecnologia potrebbe sostenere gli sforzi volti a comprendere e affrontare il problema dell’accumulo di nanoplastiche nell’ambiente.
Institute of Science Tokyo
Rilevazione delle nanoplastiche con un biosensore ottico a base di peptidi
Con il passare del tempo, la plastica si frammenta in particelle sempre più piccole, formando infine le nanoplastiche, particelle di dimensioni comprese tra 1 e 1.000 nm. Queste particelle di plastica di dimensioni nanometriche si sono diffuse nell’ambiente e sono state rilevate in organismi viventi, compreso il corpo umano, suscitando crescenti preoccupazioni riguardo ai loro potenziali impatti sull’ambiente e sulla salute umana. Le attuali tecniche analitiche utilizzate per rilevare le nanoplastiche includono metodi di microscopia e spettroscopia. Tuttavia, questi approcci convenzionali richiedono apparecchiature costose e una preparazione approfondita dei campioni, limitandone la praticità per il monitoraggio di routine.
Un gruppo di ricerca dell’Institute of Science Tokyo (Science Tokyo), in Giappone, ha ora sviluppato un biosensore in grado di rilevare rapidamente le nanoparticelle di polistirene (PS-NPs) nell’acqua dolce. Il polistirene è uno dei materiali plastici più comunemente utilizzati sia in ambito domestico che industriale, il che rende le PS-NPs un obiettivo importante per il rilevamento delle nanoplastiche. Consentendo un rilevamento selettivo e senza marcatura in ambienti acquosi con una preparazione minima del campione, il dispositivo potrebbe migliorare significativamente la valutazione della qualità dell’acqua, segnando un passo importante verso il rilevamento pratico delle nanoplastiche.
Lo studio è stato condotto dalla professoressa associata Mana Toma del Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica della Facoltà di Ingegneria, in collaborazione con il professore assistente Shuo Cheng della Facoltà di Ambiente e Società, in Giappone
«Le dimensioni estremamente ridotte delle nanoplastiche rendono difficile il loro rilevamento con i metodi convenzionali. Abbiamo affrontato questa sfida progettando una piattaforma di biosensoristica in grado di catturare selettivamente le particelle di PS-NP sulla superficie del sensore e di rilevarle otticamente», afferma Toma.
Un biosensore è costituito da elementi di bioriconoscimento in grado di legarsi a bersagli specifici, producendo un segnale misurabile. In questo caso, un peptide legante il PS funge da elemento di riconoscimento. Il peptide è stato immobilizzato su una sottile pellicola d’oro tramite un linker di polietilenglicole (PEG), che riduce al minimo il legame non specifico e migliora la cattura selettiva delle PS-NP.
Il biosensore funziona utilizzando la risonanza plasmonica di superficie (SPR), una tecnica di rilevamento ottico che rileva in tempo reale minime variazioni dell’indice di rifrazione su una superficie. In questa configurazione, la luce laser viene diretta attraverso un prisma di vetro ad alto indice di rifrazione su una sottile pellicola d’oro, eccitando i plasmoni di superficie, ovvero le oscillazioni collettive degli elettroni liberi sulla superficie metallica. Quando le PS-NP si legano al sensore, modificano l’indice di rifrazione locale in prossimità della pellicola d’oro, spostando l’angolo di risonanza. Nel sistema in esame, questo spostamento della SPR indotto dal legame viene monitorato come variazione dell’intensità della luce riflessa a un angolo di incidenza selezionato. Confrontando tali variazioni di intensità con una curva calibrata di risposta SPR in funzione della concentrazione, il sistema quantifica le concentrazioni di PS-NP nell’acqua.
I ricercatori hanno testato il biosensore in acqua di laboratorio progettata per riprodurre la composizione ionica dell’acqua dolce, alla quale hanno aggiunto PS-NP a concentrazioni note e controllabili. In questi campioni, il biosensore proposto è stato in grado di rilevare PS-NP da 50 nm entro 20 minuti, raggiungendo un limite di rilevamento pari a soli 1,3 μg/mL. Hanno inoltre convalidato il rilevamento in campioni rilevanti dal punto di vista ambientale, utilizzando acqua da acquario e acqua di stagno addizionata con PS-NP.
«Semplificando il processo di rilevamento, questo biosensore potrebbe rendere il monitoraggio delle nanoplastiche più accessibile rispetto ai metodi convenzionali che richiedono strumenti specializzati e una complessa preparazione dei campioni», afferma Toma.
L’uso continuato e la degradazione della plastica aumenteranno inevitabilmente l’accumulo di nanoplastica nell’ambiente. Semplificando la rilevazione e rendendo il monitoraggio più pratico, il biosensore proposto potrebbe aiutare i ricercatori a comprendere meglio come la nanoplastica si diffonde e si comporta, sostenendo gli sforzi volti ad affrontare questa crescente sfida ambientale.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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