Οι μικροπλαστικές και νανοπλαστικές σωματίδια έχουν εξαπλωθεί παντού στον πλανήτη: από τα βάθη των ωκεανών και τα γεωργικά εδάφη μέχρι τα σώματα ζώων και ανθρώπων. Παρά την πανταχού παρουσία τους, οι επιστήμονες εξακολουθούν να αγνοούν σε μεγάλο βαθμό τι ακριβώς συμβαίνει όταν αυτά τα σωματίδια εισέρχονται σε ζωντανούς οργανισμούς. Μια νέα μελέτη προτείνει μια καινοτόμο μέθοδο φθορισμού που θα επιτρέψει την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο της κίνησης, της χημικής αλλαγής και της αποδόμησής τους μέσα σε βιολογικά συστήματα.
Η παγκόσμια παραγωγή πλαστικών ξεπερνά πλέον τους 460 εκατομμύρια τόνους ετησίως, ενώ εκατομμύρια τόνοι μικροσκοπικών πλαστικών σωματιδίων καταλήγουν κάθε χρόνο στο περιβάλλον. Τα σωματίδια αυτά έχουν εντοπιστεί σε θαλάσσια ζώα, πουλιά, ανθρώπινο αίμα, ήπαρ, ακόμη και σε δείγματα εγκεφάλου. Εργαστηριακές μελέτες συνδέουν την έκθεση με φλεγμονές, βλάβες οργάνων και αναπτυξιακά προβλήματα, ωστόσο παραμένει κενό η γνώση για τη δυναμική πορεία τους μέσα στο σώμα.
«Οι περισσότερες υπάρχουσες μέθοδοι μας δίνουν μόνο στιγμιότυπα», εξηγεί ο κύριος συγγραφέας της μελέτης, Wenhong Fan. «Μπορούμε να μετρήσουμε πόσα σωματίδια υπάρχουν σε έναν ιστό, αλλά δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε άμεσα πώς μετακινούνται, συσσωρεύονται, μετατρέπονται ή αποδομούνται μέσα σε ζωντανούς οργανισμούς».
Οι Περιορισμοί των Σημερινών Τεχνικών Ανίχνευσης
Οι κλασικές μέθοδοι, όπως η υπέρυθρη φασματοσκοπία και η φασματομετρία μάζας, απαιτούν την καταστροφή των δειγμάτων ιστού για ανάλυση, καθιστώντας αδύνατη την παρακολούθηση με τον χρόνο. Η απεικόνιση φθορισμού αποτελεί ελκυστική εναλλακτική, αλλά οι υπάρχουσες τεχνικές επισήμανσης αντιμετωπίζουν προβλήματα όπως εξασθένηση του σήματος, διαρροή χρωστικών ή μειωμένη φωτεινότητα σε σύνθετα βιολογικά περιβάλλοντα.
Η Νέα Στρατηγική Φθορισμού για Παρακολούθηση σε Πραγματικό Χρόνο
Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια μέθοδο «ελεγχόμενης σύνθεσης φθορίζοντος μονομερούς». Αντί να καλύπτουν τα πλαστικά σωματίδια με εξωτερική χρωστική, ενσωματώνουν τα φθορίζοντα συστατικά απευθείας στη μοριακή δομή του πλαστικού. Χρησιμοποιούν υλικά aggregation-induced emission (AIE), τα οποία λάμπουν εντονότερα όταν συσσωρεύονται, εξασφαλίζοντας σταθερό και ισχυρό σήμα ακόμα και σε δύσκολα περιβάλλοντα.
Με αυτή την τεχνική, οι ερευνητές μπορούν να ρυθμίσουν:
- τη φωτεινότητα,
- το χρώμα της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας,
- το μέγεθος και
- το σχήμα των σωματιδίων.
Επειδή το φθορίζον υλικό κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο το σωματίδιο, παραμένουν ορατά τόσο τα αρχικά μικροπλαστικά όσο και τα μικρότερα θραύσματα που προκύπτουν από την αποδόμησή τους. Αυτό ανοίγει τον δρόμο για την παρακολούθηση ολόκληρου του κύκλου ζωής: από την κατάποση και τη μεταφορά μέσα στο σώμα, μέχρι τις χημικές μετατροπές και την τελική διάσπαση.
Προς Καλύτερη Κατανόηση των Κινδύνων για την Υγεία και το Περιβάλλον
Η μέθοδος βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο, αλλά βασίζεται σε καθιερωμένες αρχές της χημείας πολυμερών και της βιοσυμβατής απεικόνισης φθορισμού. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι θα αποτελέσει πολύτιμο εργαλείο για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης μικροπλαστικών με κύτταρα, ιστούς και όργανα.
«Η διευκρίνιση των διεργασιών μεταφοράς και μετατροπής των μικροπλαστικών μέσα στους οργανισμούς είναι απαραίτητη για την ακριβή εκτίμηση των οικολογικών και υγειονομικών κινδύνων», τονίζει ο Wenhong Fan. «Η δυναμική παρακολούθηση θα μας βοηθήσει να πάμε πέρα από απλές μετρήσεις έκθεσης και να κατανοήσουμε βαθύτερα τους μηχανισμούς τοξικότητας».
Καθώς η ανησυχία για τη ρύπανση από πλαστικά εντείνεται, εργαλεία όπως αυτό μπορεί να παίξουν καθοριστικό ρόλο στη βελτίωση των εκτιμήσεων κινδύνου και στη διαμόρφωση αυστηρότερων περιβαλλοντικών κανονισμών στο μέλλον.