Szkolenia dla młodych naukowców i technologie wykrywania pomogą w walce z plastikiem
Każdego roku do środowiska trafia ponad 300 000 ton odpadów tworzyw sztucznych, popularnie nazywanych plastikiem. Co wyjątkowo niepokojące, duża część tych odpadów ma postać niedostrzegalnych gołym okiem maleńkich cząstek. Te drobiny plastiku, powszechnie znane jako mikroplastik i nanoplastik (MNP) z uwagi na rozmiary rzędu mikrometrów i nanometrów, są obecne praktycznie wszędzie – przedostają się do gleby, wody, powietrza, a nawet ludzkiego organizmu. Są one albo celowo dodawane do procesów przemysłowych, wówczas nazywane są MNP pierwotnymi, albo pochodzą z rozkładu obecnych w środowisku większych tworzyw sztucznych (MNP wtórne). W celu ochrony zasobów wodnych, stanowiących główny szlak rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w środowisku, w zmienionej w 2021 roku dyrektywie WE w sprawie wody pitnej zawarto przepisy nakładające na przedsiębiorstwa wodociągowe obowiązek przeprowadzania wzmożonych kontroli. W osiągnięcie tych celów angażuje się zespół projektu MONPLAS, finansowanego w ramach działań „Maria Skłodowska-Curie”, który pracuje nad innowacyjnymi technologiami służącymi skutecznemu wykrywaniu plastiku w wodzie.
Szkolenia z zakresu mikroskopii i spektroskopii
Mikroplastik staje się coraz bardziej wszechobecny i w coraz większym stopniu wpływa na środowisko, w związku z czym znaczenia nabiera potrzeba zdobycia dokładniejszych danych dotyczących źródeł, ilości i rodzajów zanieczyszczeń, z którymi styka się człowiek i które rodzą ryzyko dla zdrowia. W tym celu naukowcy zamierzają opracować niedrogie narzędzia umożliwiające ocenę nano- i mikroplastików obecnych w próbkach wody, a także innych źródłach. Obecnie stosowane metody wykrywania MNP wymagają zaangażowania drogiego sprzętu i wysoce wykwalifikowanego personelu. Oferując szkolenia na poziomie eksperckim, inicjatywa MONPLAS stwarza naukowcom możliwość opracowania innowacyjnych, ale tanich technologii i narzędzi wykrywania. Celem szkoleń jest przygotowanie młodych badaczy do zawodu poprzez umożliwienie im praktycznych doświadczeń z użyciem istniejących metod. W ramach projektu 14 naukowców na wczesnym etapie kariery ma okazję wziąć udział w szkoleniach z zakresu pobierania i preparowania próbek mikroplastiku oraz ogółu technik fotonicznych stosowanych do analizy. Konwencjonalne techniki wykrywania MNP obejmują szereg narzędzi opartych na mikroskopii i spektroskopii. Jednym z nich jest spektroskopia ramanowska, technika podobna do spektroskopii fourierowskiej w podczerwieni, która wykorzystuje światło do identyfikacji składu chemicznego mikro- i nanoplastiku. Wśród innych metod, z którymi zapoznają się młodzi badacze, znajduje się mikroskopia fluorescencyjna oraz metoda AFM-IR, która łączy w sobie mikroskopię sił atomowych ze spektroskopią w zakresie podczerwieni.
Innowacyjne metody i technologie
Jednak przeszkolenie personelu w zakresie konwencjonalnych metod to zaledwie część całej inicjatywy. Głównym celem projektu MONPLAS jest bowiem opracowanie technologii umożliwiających tworzenie wydajnych i opłacalnych instrumentów, które pozwolą na wykrywanie zanieczyszczenia MNP, wspierając wdrożenie unijnych przepisów. Dlatego też drugim etapem szkolenia naukowców jest opracowanie szerokiej gamy możliwych rozwiązań, w tym zarówno rozwój istniejących technik, jak i tworzenie nowych technologii. W tym celu uczestnicy szkoleń skupią się na badaniach z zakresu optyki, akustyki oraz technologii czujników i czipów. Jedną z obiecujących strategii jest identyfikacja MNP za pomocą technik uczenia głębokiego. Jak mówi stypendystka projektu Clementina Vitali: „Zaprojektowaliśmy procedurę działań opartą na sztucznej inteligencji, przeznaczoną konkretnie do rozpoznawania i kategoryzowania cząstek mikroplastiku. Wykorzystanie tego systemu znacząco zwiększa wydajność i dokładność identyfikacji i analizy mikrodrobin plastiku w różnych próbkach”. Stypendyści realizujący projekt MONPLAS wykazują się wielką pomysłowością w rozwiązywaniu problemów związanych z zapewnieniem bezpieczeństwa wody. Jednym z przykładów ciekawych rozwiązań mających na celu doskonalenie wykrywania MNP jest przypadek wykorzystania spektroskopii ramanowskiej do opracowania niedrogiego i efektownego rozwiązania polegającego na zastosowaniu folii metalicznych, aby wzmocnić sygnały za pomocą nanostruktur plazmonicznych. Z kolei inne badania koncentrują się na tworzeniu nanomateriałów o właściwościach enzymatycznych, które można wykorzystać w bioczujnikach. Celem tych badań jest integracja metod diagnostyki molekularnej i nanoprzetworników w małych urządzeniach lab-on-a-chip, co ma zapewnić bardziej dostępne i wydajne metody testowania. Według dostępnych szacunków, do 2050 roku globalna produkcja tworzyw sztucznych potroi się w stosunku do poziomu z 2019 roku. Dzięki postawieniu na innowacje techniczne i szkolenia dla naukowców na wczesnym etapie kariery projekt MONPLAS przyczynia się do lepszego zrozumienia zagrożeń związanych z mikro- i nanoplastikiem, a także udoskonalenia metod analizy i ochrony zasobów czystej wody.
Słowa kluczowe
MONPLAS, MNP, mikroskopia, nanoplastik, mikroplastik, analiza wody, naukowcy na wczesnym etapie kariery, dyrektywa w sprawie wody pitnej, uczenie głębokie, spektroskopia ramanowska
