“A fita de teste pode atuar como uma ferramenta de análise acessível em pesquisas ambientais e de saúde”, explica o Prof. Harald Giessen, chefe do 4º Instituto de Física da Universidade de Stuttgart. “Em breve, trabalharemos para analisar as concentrações de nanoplásticos diretamente no local. Porém, nosso novo método poderá também ser aplicado para examinar sangue ou tecidos em busca de partículas de nanoplásticos.”

Nanoplásticos como uma ameaça para a saúde humana e o meio ambiente

Os resíduos plásticos representam um dos principais problemas globais e urgentes do século XXI. Eles não apenas poluem oceanos, rios e praias, mas também foram encontrados em organismos vivos na forma de microplásticos. Até agora, os cientistas ambientais concentravam suas atenções em resíduos plásticos maiores. No entanto, já se sabe há algum tempo que um perigo ainda maior pode estar à espreita: as partículas de nanoplásticos. Essas pequenas partículas são muito menores que um fio de cabelo humano e se formam a partir da degradação de plásticos maiores. Não podem ser vistas a olho nu. Essas partículas na faixa submicrométrica conseguem atravessar facilmente barreiras biológicas como a pele ou a barreira hematoencefálica.

Mudanças de cor tornam partículas minúsculas visíveis

Devido ao tamanho diminuto das partículas, sua detecção é um desafio particular. Como resultado, há lacunas em nossa compreensão sobre como essas partículas afetam os organismos e uma falta de métodos de detecção rápidos e confiáveis. Em colaboração com um grupo de pesquisa de Melbourne, os cientistas da Universidade de Stuttgart desenvolveram agora um método inovador que pode detectar essas pequenas partículas de forma rápida e econômica. Mudanças de cor em uma fita de teste especial tornam os nanoplásticos visíveis em um microscópio óptico, permitindo que os pesquisadores contem o número de partículas e determinem seu tamanho. “Comparado a métodos convencionais amplamente utilizados, como a microscopia eletrônica de varredura, o novo método é significativamente mais barato, não requer profissionais especializados para operá-lo e reduz o tempo necessário para análises detalhadas”, explica Dr. Mario Hentschel, chefe do Laboratório de Microestrutura no 4º Instituto de Física.

Peneira óptica em vez de um microscópio eletrônico caro

A “peneira óptica” utiliza efeitos de ressonância em pequenos orifícios para tornar as partículas de nanoplásticos visíveis. Um estudo sobre os efeitos ópticos nesses orifícios foi publicado pela equipe de pesquisa da Universidade de Stuttgart em 2023. O processo é baseado em pequenas depressões, conhecidas como vazios de Mie, que são escavadas em um substrato semicondutor. Dependendo de seu diâmetro e profundidade, os orifícios interagem de maneira característica com a luz incidente. Isso resulta em um reflexo colorido brilhante que pode ser observado em um microscópio óptico. Quando uma partícula cai em uma das indentacões, sua cor muda significativamente. Assim, é possível inferir a partir da mudança de cor se uma partícula está presente no vazio.

“A fita de teste funciona como uma peneira clássica”, explica Dominik Ludescher, doutorando e primeiro autor da publicação na Nature Photonics. Partículas variando de 0,2 a 1 µm podem ser examinadas sem dificuldades. “As partículas são filtradas do líquido usando a peneira, na qual o tamanho e a profundidade dos orifícios podem ser adaptados às partículas de nanoplásticos, e a alteração de cor resultante pode ser detectada. Isso nos permite determinar se os vazios estão cheios ou vazios.”

Número, tamanho e distribuição de tamanho das partículas podem ser determinados

O novo método de detecção desenvolvido também oferece mais. Se a peneira tiver vazios de tamanhos diferentes, apenas uma partícula de tamanho adequado se acumulará em cada orifício. “Se uma partícula for muito grande, não caberá no vazio e será simplesmente levada embora durante o processo de limpeza”, observa Ludescher. “Se uma partícula for muito pequena, ela aderirá mal ao poço e será lavada durante a limpeza.” Dessa maneira, as fitas de teste podem ser adaptadas para que o tamanho e o número de partículas em cada vazio individual possam ser determinados pela cor refletida.

Amostras ambientais sintetizadas examinadas

Para suas medições, os pesquisadores utilizaram partículas esféricas de vários diâmetros, disponíveis em soluções aquosas com nanopartículas específicas. Como amostras reais de corpos d’água com concentrações conhecidas de nanopartículas ainda não estão disponíveis, a equipe produziu uma amostra adequada por conta própria. Os cientistas usaram uma amostra de água de um lago que continha uma mistura de areia e outros componentes orgânicos e adicionaram partículas esféricas em quantidades conhecidas. A concentração de partículas plásticas foi de 150 µg/ml. O número e a distribuição de tamanhos das partículas de nanoplásticos também foram determinados para essa amostra utilizando a “peneira óptica.”

Pode ser utilizado como uma fita de teste

“A longo prazo, a peneira óptica será usada como uma ferramenta de análise simples em pesquisas ambientais e de saúde. A tecnologia poderá funcionar como uma fita de teste portátil que fornecerá informações sobre o conteúdo de nanoplásticos em água ou solo diretamente no local”, explica Hentschel. A equipe agora está planejando experimentos com partículas de nanoplásticos que não são esféricas. Os pesquisadores também pretendem investigar se o processo pode ser utilizado para diferenciar partículas de diferentes tipos de plásticos. Eles também estão particularmente interessados em colaborar com grupos de pesquisa que possuam experiência específica em processar amostras reais de corpos hídricos.