مكافحة البلاستيك النانوي

معظم الناس على دراية بآفة التلوث بالبلاستيك الدقيق - القطع المجهرية من الحطام البلاستيكي المنتشرة في محيطاتنا ومجارينا المائية وحتى في الأجزاء النائية من الكوكب. ولكن هناك شكل أصغر حجماً وأكثر خبثاً من التلوث البلاستيكي يحظى باهتمام العلماء، ألا وهو البلاستيك النانوي. وتشكل هذه الجسيمات، التي يبلغ قياسها جزءًا من المليون من المتر أو أصغر، مخاطرها البيئية والصحية التي بدأ الكشف عنها للتو.

قام فريق من الباحثين في جمهورية التشيك بتطوير أدوات جديدة ليس فقط للكشف عن المواد البلاستيكية النانوية في عينات المياه ولكن أيضًا لإزالتها. وقد قدم الفريق بقيادة الدكتور مارتن بوميرا من جامعة برنو للتكنولوجيا، النتائج التي توصلوا إليها في ورقة بحثية حديثة نُشرت في مجلة ACS Nanoscience. ويبشر عملهم بتحسين فهمنا ومعالجتنا للتلوث بالبلاستيك النانوي في البيئة.

ما هي اللدائن النانوية؟ مثل اللدائن متناهية الصغر، فإن اللدائن النانوية هي شظايا صغيرة من الحطام البلاستيكي التي تنفصل عن المواد البلاستيكية الأكبر حجماً من خلال التدهور البيئي وعمليات البلى والتآكل. تشمل المصادر الشائعة الألياف الدقيقة التي تتساقط من الأقمشة الاصطناعية أثناء الغسيل، والعبوات البلاستيكية، والإطارات التي تبلى على الطرقات.

ولكن عند المقياس النانوي، تأخذ جزيئات البلاستيك خواص كيميائية وفيزيائية جديدة مقارنة بالقطع الأكبر حجمًا. ويعني حجمها الصغير للغاية أن البلاستيك النانوي يمكن أن يخترق الأنسجة والخلايا البيولوجية بسهولة أكبر. وهناك أيضًا أدلة على أنها قد تعمل كناقل للملوثات السامة الأخرى. وفي حين أن اللدائن الدقيقة حظيت باهتمام أكبر حتى الآن، فإن المخاطر المحتملة لللدائن النانوية تتطلب بحثاً مركزاً نظراً لاحتمال وجودها في أي مكان توجد فيه اللدائن الدقيقة.

ويشكل الكشف عن اللدائن النانوية تحديًا خاصًا بسبب حجمها الضئيل، في حدود 100 نانومتر أو أقل. وغالبًا ما لا تستطيع التقنيات الحالية لتحديد اللدائن النانوية مثل الفحص المجهري والتحليل الطيفي تمييز اللدائن النانوية أو تحديد كميتها. وقد عالجت مجموعة بوميرا هذه المشكلة من خلال تطوير طريقة وضع العلامات الفلورية المقترنة بالتحليل الطيفي الضوئي.

وفي تجاربهم، صبغ الباحثون عينة من البلاستيك النانوي بصبغة نايل ريد الكارهة للماء التي ترتبط بشكل انتقائي بالبوليمرات البلاستيكية. وأدى إثارة اللدائن النانوية المصبوغة بطول موجي محدد للضوء إلى انبعاث تألق مميز يمكن قياسه باستخدام مقياس الطيف الضوئي. ومن خلال عملية معايرة، تمكنوا من ربط قوة إشارة التألق بتركيز البلاستيك النانوي في المحلول - مما أتاح لأول مرة طريقة سهلة لقياس كمية البلاستيك النانوي حتى تركيزات 108 جسيمات لكل ملليلتر من الماء.

ويوضح بوميرا قائلاً: "توفر تقنية التلطيخ والكشف الفلوري هذه بديلاً بسيطًا وسريعًا للطرق الأكثر تعقيدًا وتكلفة مثل قياس الطيف الكتلي لتحليل المواد البلاستيكية النانوية". "يمكن أن تجد هذه التقنية تطبيقًا واسع النطاق في المختبرات البيئية التي تسعى إلى مراقبة ودراسة هذا الملوث الناشئ."

وبعد أن طور الباحثون طريقة للكشف عن المواد البلاستيكية النانوية، وجهوا اهتمامهم بعد ذلك إلى إزالتها من عينات المياه. ولهذه المهمة، استخدموا "روبوتات نانوية" - وهي جسيمات مغناطيسية صغيرة مصنوعة من أكسيد الحديد بحجم 180 نانومتر فقط. عندما تم تطبيق مجال مغناطيسي دوار، تمكنت هذه الروبوتات النانوية من الاحتشاد والاصطدام بنشاط مع الجسيمات النانوية البلاستيكية في المحلول، وحبسها على أسطحها من خلال التفاعلات الكهروستاتيكية.

ويمكن بعد ذلك إزالة الروبوتات النانوية من الماء مع أي مواد بلاستيكية نانوية تم التقاطها باستخدام مغناطيس خارجي أقوى. ووجدت مجموعة بوميرا أن النانو المغناطيسية التي ابتكرتها قادرة على عزل أكثر من 90% من المواد البلاستيكية النانوية من عينات المياه التي تم نقعها في غضون ساعتين فقط من المعالجة.

ويشير بوميرا إلى أن "الإزالة هي جزء أساسي من الحل للتلوث بالبلاستيك النانوي، وتوفر روبوتاتنا النانوية طريقة فعالة لاستخراجها من البيئة". "من خلال دمج أدوات الكشف والتنظيف، نهدف إلى تزويد الباحثين والمنظمين بأساليب أفضل لدراسة البلاستيك النانوي وتطوير استراتيجيات المعالجة".

بينما حظيت اللدائن الدقيقة باهتمام كبير في السنوات الأخيرة، تمثل اللدائن النانوية حدودًا ناشئة تتطلب المزيد من الاستكشاف. وقد خطا فريق بوميرا خطوة مهمة نحو تمكين هذا البحث المهم من خلال تقنيات التلطيخ المدمرة وتقنيات النانو. ويمثل نهجهم المزدوج المتمثل في الكشف الحساس المقترن بالاستخراج الفعال تقدماً كبيراً مقارنة بالجهود المجزأة السابقة.

إذا تم توسيع نطاقها وتنفيذها بنجاح، يمكن أن تحدث ثورة في قدرتنا على مراقبة التلوث بالبلاستيك النانوي في جميع أنحاء العالم والتخفيف من تراكمها وانتشارها. وستركز أعمال التحسين الإضافية على توسيع نطاق هذه الطريقة لتشمل مختلف أنواع البوليمرات البلاستيكية وتكييف الأصباغ الفلورية للحصول على التصور الأمثل عبر مختلف أحجام الجسيمات وتركيباتها.

يثير احتمال تسرب البلاستيك إلى البيئة وصولاً إلى مقياس النانو قلقاً بالغاً، نظراً للأدلة العلمية على أن الجسيمات الأصغر حجماً قد تشكل مخاطر بيولوجية أعلى نسبياً. وبعد أن تمكنا حديثًا من مراقبة وتنقية المياه من التلوث بالبلاستيك النانوي، فإننا نخطو خطوة حاسمة نحو فهم - ونأمل أن نخفف من - تهديداتها التي لا تزال غامضة على النظم البيئية والصحة العامة. يتطلب التلوث بالبلاستيك النانوي الصغير في حجمه ولكن من المحتمل أن يكون تأثيره هائلاً، اهتمامنا المتزايد وإجراءاتنا العلاجية.

المرجع (المراجع)

1. https://doi.org/10.1021/acsnanoscienceau.4c00002

انقر على TAGS للاطلاع على المقالات ذات الصلة :

البيئة | اللدائن الدقيقة | اللدائن النانوية | التلوث | الأبحاث