Neues Testverfahren soll Erkenntnisse über das bislang wenig erforschte Risiko für Umwelt und Gesundheit liefern.
Während die Gefahren von Mikroplastik weithin bekannt sind, stellen die weniger erforschten Nanoplastikpartikel ein noch größeres Risiko dar. Denn mit einer Größe von unter einem Mikrometer – einem Millionstel Meter – gelangen sie nicht nur in die Natur, sondern finden sich in Lebensmitteln, Trinkwasser und menschlichen Organen, werden sogar bei der Zellteilung weitergegeben. Nanoplastik entsteht, wenn größere Plastikstücke durch Umwelteinflüsse wie Sonneneinstrahlung, Regen oder Abrieb zerfallen, kann aber auch bei industriellen Prozessen und im Recycling anfallen.
Neuesten Forschungen zufolge könnten sich allein in den Meeren rund 27 Millionen Tonnen an Nanoplastik befinden. Außerhalb von hochspezialisierter Labordiagnostik gibt es bislang allerdings kaum Methoden für den Nachweis der winzigen Partikel. In Zusammenarbeit der australischen Universität Melbourne und der deutschen Universität Stuttgart wurde jetzt ein Verfahren mit genau diesem Zweck entwickelt. Den Forschern zufolge ist es kosteneffizient und lässt sich mobil einsetzen.
Optisches Mikroskop macht Nanoteilchen durch Farbwechsel sichtbar
Sie beschreiben ihre Erfindung als Teststreifen, der wie ein optisches Sieb aufgebaut ist, bestehend aus winzigen Hohlräumen unterschiedlicher Größe auf Galliumarsenid. Gießt man eine Flüssigkeit mit Nanokunststoffen über das Sieb, wird jedes Partikel in einem Hohlraum entsprechender Größe aufgefangen. Um die Nanoteilchen sichtbar zu machen, werden Resonanzeffekte in den kleinen Löchern ausgenutzt. In Abhängigkeit von Durchmesser und Tiefe zeigen sie nämlich charakteristische Wechselwirkungen mit dem einfallenden Licht, die unter einem optischen Mikroskop eindeutig zu erkennen sind. Fällt nun ein winziges Plastikpartikel in eine der Vertiefungen, kommt es zu einer deutlichen Veränderung der Farbe. So kann die Anzahl der Partikel ermittelt und ihre Größe bestimmt werden.
Das optische Sieb: Nanoplastikpartikel fallen im Teststreifen in Vertiefungen passender Größe. Die Farbe der Vertiefungen ändert sich. Die neue Farbe gibt Aufschluss über Größe und Anzahl der Teilchen. Photo: Universität Stuttgart / 4. Physikalisches Institut
Das Halbleitermaterial Galliumarsenid wurde wegen seines hohen Brechungsindex ausgewählt, heißt es in der Studie im Fachjournal Nature Photonics. Bei der Herstellung der winzigen Hohlräume können zudem gängige Halbleiterverfahren wie die Lithografie eingesetzt werden, was gegenüber anderen, deutlich komplexeren und zeitaufwändigeren Fertigungsmethoden Vorteile bietet.
Getestet wurde die Methode mit Süßwasserproben, die zuvor mit bekannten Konzentrationen an Nanopartikeln vermischt wurden. Künftig könnte sie jedoch auch zur Analyse von Blut und Gewebe eingesetzt werden. Als nächstes wollen die Forscher untersuchen, ob sich mit dem Verfahren Partikel unterschiedlicher Kunststoffe unterscheiden lassen. Langfristig soll die Technologie zur Marktreife gebracht werden, um die globalen Auswirkungen der Nanoplastikverschmutzung auf Umwelt und Gesundheit besser zu verstehen.
Mehr über den Einsatz kritischer Rohstoffe im Kampf gegen die Plastikverschmutzung: Weltweit werden Wege erforscht, um die globale Plastikflut einzudämmen, oft ermöglichen Rohstoffe dabei die entscheidenden Innovationen. Eine neue Art von Kunststoffrecycling etwa könnte durch LEDs ermöglicht werden, in denen Gallium und Indium typische Komponenten sind. Auch das Edelmetall Ruthenium, ein gefragter Katalysator, soll in diesem Bereich neue Maßstäbe setzen. Seltene Erden könnten indessen dabei helfen, die Meere freier von Plastikabfall zu machen.
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