众所周知，微塑料是一个问题：它们是微小的、几乎看不见的塑料颗粒，如果被动物吃掉，就会对环境造成危害。然而，很难评估更小的颗粒的影响，使用传统方法很难检测到这些颗粒：直径小于一微米的塑料颗粒，通常称为“纳米塑料”。这种微小的颗粒甚至可以被活细胞吸收。
TU Wien(维也纳)现已成功开发出一种测量方法，甚至可以检测单个纳米塑料颗粒，比以前的技术快几个数量级。这些结果现已发表在《科学报告》杂志上。这种新方法现在有可能成为环境分析新测量设备的基础。
通过波长检测分子
“我们使用的物理原理也经常用于化学分析，即拉曼散射，”维也纳工业大学“固态量子光学和纳米光子学”研究小组组长 Sarah Skoff 解释道。在此过程中，分子被激光束照射，导致它们振动。因此，激光的部分能量被转换为振动能，而其余能量则以光的形式重新发射。
通过测量这种光并将其能量与最初发射的激光进行比较，可以确定分子的振动能量，并且由于不同的分子以不同的方式振动，因此可以找出它是哪个分子。
“然而，普通的拉曼光谱不适合检测最小的纳米塑料，”莎拉·斯科夫说。“这太不敏感了，而且需要太长时间。” 因此，研究小组必须寻找可以显着改进这项技术的物理效应。
黄金网格的技巧
为此，他们采用了一种已经以类似形式用于检测生物分子的方法。样品因此被放置在由金制成的极其精细的网格上。单根金线厚度仅为 40 纳米，间距约为 60 纳米。“这个金属网格的作用就像天线，”莎拉·斯科夫说。“激光在某些点被放大 - 因此与那里的分子有更强烈的相互作用。分子和金属晶格中的电子之间也存在相互作用，这确保了来自分子的光信号被额外地增强。”放大了。”
在普通拉曼光谱中，分子发出的光通常被分解成所有波长，以识别它是哪个分子。然而，维也纳工业大学团队证明该技术也可以简化：“我们知道纳米塑料颗粒的特征波长是什么，因此我们非常专门地寻找这些波长下的信号，”斯科夫解释道。“我们能够证明，这可以将测量速度提高几个数量级。以前，您必须测量十秒才能获得所需图像的单个像素 - 而在我们这里，只需几毫秒”。聚苯乙烯(聚苯乙烯泡沫塑料)的实验表明，即使在如此高的速度下，即使浓度极低，也可以可靠地检测纳米塑料颗粒。与其他方法不同，该技术甚至可以检测单个粒子。
新测量设备的基础
研究小组现在希望更详细地研究这项新技术的潜在应用，例如，如何使用它来检测环境相关和生物样本(例如血液)中的纳米塑料。“无论如何，我们现在已经能够证明基本物理原理是有效的，”莎拉·斯科夫说。“原则上，这为开发新的测量设备奠定了基础，未来可用于在实验室外直接检查自然界中的样本。”
这项研究工作得到了奥地利研究促进机构(FFG、PhoQus2D)和奥地利科学基金(FWF、Quantoom)的支持。
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