3D-utskriven nanoplastdetektor riktar sig mot mikroplastföroreningar

A team of engineers from McGill University recently unveiled a 3D-printed nanoplastic detector. The new device can detect harmful pollutants more efficiently and across a wider spectrum. The researchers hope their new system will help drive collaboration and innovation in the microplastic pollutants sector. Here’s how this development could help make the world safer for future generations.

Varför mikroplaster är en växande miljökris

Sedan plastproduktionen tog fart i början av 1900-talet har mikroplaster sakta byggts upp i miljön. Noterbart är att termen mikroplaster först dök upp 2004 efter att Richard Thompson och ett forskarteam använde den i sina studier av havsföroreningar. Dessa mikroskopiska plastpartiklar, mindre än 5 mm i storlek, bildas när större plastbitar bryts ner över tid.

Rapporter visar att upp till 40 miljoner pund mikroplaster släpps ut i miljön varje år. Tyvärr antyder samma rapporter att i den takten kommer mängden att fördubblas till 2040. Enligt forskare kan mikroplaster nu hittas i nästan alla miljöer, och till och med i din kropp.

Mikroplaster är särskilt farliga eftersom de kommer in i näringskedjan, vilket leder till riskfyllda scenarier. År 2022 utförde forskare i Nederländerna en serie experiment för att se hur allvarlig föroreningen hade blivit på en personlig nivå. Tester visade att 80 % av deltagarna hade mikroplastföroreningar i sina kroppar.

En annan studie¹, som syftade till att fastställa den genomsnittliga personens intag av mikroplaster, fann att en genomsnittlig vuxen tar in över 121 000 mikroplastpartiklar per år via luft, mat och drycker. Utöver intagsproblemen finns även problem med luft- och vattenkvalitet. Problemet har blivit så allvarligt att FN har gjort minskning av mikroplaster till ett globalt mål.

Nuvarande metoder för att upptäcka mikroplaster

Den nuvarande metoden för att upptäcka mikroplaster i miljön kräver flera steg. Masspektrometri ger den mest detaljerade och exakta upptäckten av mikroplaster på nanoskalnivå. Däremot måste dessa prover samlas in och förberedas korrekt innan de kan testas.

Utmaningar med traditionella tekniker för mikroplastdetektion

Den nuvarande metoden för mikroplastdetektion lämnar forskare i ett dilemma eftersom de måste spendera mycket tid på att förbereda prover för masspektrometris (MS)‑skanningar. Den komplexa provberedningen, kombinerad med en total avsaknad av etablerade protokoll för nanoplastdetektion, har lett till forskningsluckor och oförmåga att exakt och effektivt upptäcka nano‑ och mikroplaster i ett brett spektrum av miljömatriser.

Banbrytande studie från McGill University

Forskare vid McGill University tror att de har löst detta problem. De publicerade nyligen studien² A HoLDI mass spectrometry platform for airborne nanoplastic detection, i den vetenskapliga tidskriften Nature’s Communications Chemistry. Detta papper introducerar en ny metod för att samla in och analysera luftburna och vattenburna nano‑ och mikroplaster.

Källa – Nature

Vad är den 3D-utskrivna HoLDI-nanoplastdetektorn?

Ingenjörerna började sina ansträngningar genom att bygga vidare på den redan existerande matrix-assisterade laserdesorption/ionisation (MALDI)‑MS för luftburen nano‑/mikroplastforskning. De noterade att om de kunde integrera en 3D-utskriven hollow‑laser desorption/ionisation (HoLDI)‑plattform, kunde den erbjuda mer effektiva, pålitliga och hållbara MS‑signaler.

Hur hollow‑laser desorption/ionisation fungerar

Det finns flera skäl till att ingenjörerna fastställde att HoLDI‑MS var det bästa alternativet. För det första eliminerade det behovet av komplicerade provförbehandlingar. Dessa steg är en stor utmaning för ingenjörer och har lett till avsaknad av global standardisering, vilket minskar internationellt samarbete.

Bygga upp den 3D-utskrivna detektorkonfigurationen

Forskarna konfigurerade sitt nya system med substrat som håller analyter och som är direkt anslutna till botten av en 3D-utskriven HoLDI‑målplatta. Därefter fästs hela uppsättningen på en plattfäste innan teamet placerar provet i masspektrometern. När det är i detta arrangemang använder teamet laser för att penetrera målplattan. Noterbart är att strålen färdas genom de ihåliga strukturerna innan den bestrålar de luftburna partiklarna, vilket möjliggör en direkt analys av provet.

Direkt, förberedelsefri mikroplastanalys

Ingenjörerna noterade att borttagandet av provförberedelseprocessen var en stor förbättring av systemet. Komplexiteten i provförberedelse har länge hindrat MS‑användning på fältet. Detta nya tillvägagångssätt kan hantera oberedda prover och bestämma deras partikelstorleksfördelning, kemiska sammansättning och fysikokemiska egenskaper. Noterbart är att metoden kan fungera för både luftburna och vattenbaserade tester.

Verkliga tester i luft, snö och vatten

Ingenjörerna genomförde flera tester för att säkerställa att deras resultat var korrekta. Specifikt användes en scanning mobility particle sizer (SMPS) för att spåra partikelstorleksfördelning under 1 µm. Dessutom möjliggjorde en optisk partikelstorleksmätare (OPS) för teamet att exakt mäta partiklar mellan 0,3 och 10 µm. Slutligen använde teamet en cascade micro‑orifice uniform deposit impactor (MOUDI) för att samla in aerosoler på impaktionssubstrat.
Teamets tester gjorde det möjligt för ingenjörerna att spåra densiteten av nano‑sized luftburna partiklar under en 24‑timmars övervakningsperiod. Dessutom testade de sitt verktyg i olika verkliga miljömatriser. Specifikt testade teamet luft, snö och vatten.

Överlägsna resultat från den nya detektionsmetoden

Testresultaten visade att nanoplastdetekteringssystemet erbjöd överlägsen genomströmningsanalys av aerosoler.  Teamet lyckades spåra densiteten och mängden av polyeten, polyetylenglykol och polydimetylsiloxan i en inomhusmiljö.
Resultaten för vattenburen spårning var också imponerande. Det nya tillvägagångssättet uppnår samtidig massbaserad data och partikelbaserad fysikokemisk information med lägre overhead och snabbare resultat. Dessutom har testresultaten hjälpt ingenjörer att skapa ett universellt ramverk för aerosolinsamling‑förberedelse‑analys.

Fördelar med den 3D-utskrivna nanoplastdetektorn

Det finns många fördelar som denna studie erbjuder. För det första hjälper den till att lägga grunden för en global standardisering av mikroplastföroreningar. Teamet har redan sagt att de avser att göra all sin forskning öppen för andra ingenjörer. Tillgängligheten främjas genom att eliminera behovet av att laboratorier måste ha avancerade utrustning som cascade‑impaktorer. Istället fungerar en enkel vakuumfiltreringsuppsättning som ett effektivt alternativ för aerosolinsamling, vilket öppnar dörren för globalt deltagande.

Mer exakt, hållbar och prisvärd testning

En annan stor fördel med detta tillvägagångssätt är att det eliminerar behovet av att förbereda prover. Ingenjörerna har sagt att provförberedelse för MS är ett av de mest tidskrävande och känsliga stegen i den nuvarande mikroplastdetektionsprocessen. Borttagandet av behovet av förberedelse innebär att forskare kan få resultat snabbare och med mindre ansträngning.
Denna studie introducerar ett återvinningsbart verktyg som förbättrar hållbarheten. Till exempel minskar borttagandet av provförberedelser behovet av matrixkemikalier och jonparningsmedel, vilket sänker kostnaderna och förbättrar långsiktig hållbarhet.

Portabilitet och fältapplikationer

Den bärbara naturen hos den uppgraderade mikroplasttestuppsättningen är en stor fördel. Detta tillvägagångssätt gör det möjligt för miljöaktivister och forskare att utföra platsbaserade tester för mikroplaster. Det kan hjälpa dem att bättre identifiera de främsta bidragsgivarna till föroreningarna och var de bör fokusera sina insatser först.
Noggrannheten i detta mikroplasttest överträffar vida sina föregångare. Borttagandet av förberedelse och införandet av ett standardiserat tillvägagångssätt är alla steg som har bidragit till att ge mer exakt mikroplastdata jämfört med äldre alternativ. Nu kan forskare exakt se hur och var mikroplaster orsakar skada.

Främjande av standardisering och globalt samarbete

Teamet är mest entusiastiskt över den inspiration deras studie kommer att ge på marknaden. Detta tillvägagångssätt erbjuder överlägsen datacomparering och validering över laboratorier världen över. Följaktligen bör det bidra till att stärka samarbetet, vilket leder till mer innovation samtidigt som kunskapsluckor kring processerna fylls.

Den uppgraderade mikroplastdetektionsmetoden är mer prisvärd än sina föregångare. De lägre kostnaderna beror på borttagandet av provförberedelser. Detta steg tog tid och kostade pengar. Det nya tillvägagångssättet är mer prisvärt, och forskarna påstår att uppsättningen bara kostar några få dollar per prov.

Effektivitet är en annan fördel som gör detta till en bättre lösning. Den gamla metoden för att upptäcka nanoplaster var exakt men krävde många fler steg, personal och utrustning. Den uppgraderade nanopartikel-detekteringsuppsättningen minskar kostnaderna och ger mer exakta resultat genom ett mer energieffektivt tillvägagångssätt.

Framtida användningsområden: Från säkerhetssystem till branschstandarder

Det finns många tillämpningar för en enkel och exakt mikroplastdetektor. Denna enhet skulle göra det möjligt för vem som helst att identifiera källorna till nano‑ och mikroplaster i miljön, vilket gör att både individer och tillverkare kan minska sin förorening effektivt. Här är några nyckeltillämpningar för denna teknik.
Ingenjörerna noterade att deras detektor med tiden kan konfigureras för att spåra andra skadliga kemikalier också. Enheten kan övervaka farliga metallföroreningar, sekundära organiska ämnen och bioaerosoler. Systemets effektiva natur och dess portabilitet bidrar till dess användbarhet som en säkerhetsanordning.

Förväntad tidslinje för verklig implementering

Det kan ta ytterligare fem år innan du ser denna forskning tas i praktisk användning. De växande oron kring mikroplaster och föroreningar som tränger in i kroppen kommer sannolikt att påskynda produktlanseringen. För närvarande har teamet sagt att de kommer att fokusera på att förbättra maskinens effektivitet och noggrannhet.

Forskare bakom 3D-utskriven nanoplastdetektor

Studien om det 3D-utskrivna nanoplastdetekteringssystemet leddes av kemiska institutionen vid McGill University i Montreal, QC, Kanada. Kemiprofessor Parisa Ariya listas som huvudförfattare tillsammans med Zi Wang, Nadim K. Saadé, Robert J. Panetta, Zi Wang och Robert J. Panetta. Noterbart är att studien fick finansiering från Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), Canadian Foundation for Innovation (CFI) och National Research (NRC ) Council Canada (NRC).

Framtiden för nanoplastdetektionsteknik

Framtiden för nanoplastdetekteringssystem är lovande. Det finns ett verkligt behov av dessa lösningar idag. Därför hoppas ingenjörerna att deras verktyg kan driva samhällsdrivna rörelser för att minska föroreningar. Projektets mål är att främja internationellt samarbete och harmonisera global forskning om plastföroreningar.

Investera i plaståtervinning

Plastföroreningar är ett stort problem som har skapat en hel industri dedikerad till att rena detta avfall globalt. Idag leder flera företag utvecklingen mot en hälsosammare och hållbar framtid. Här är ett företag som har en stark position på marknaden.

Loop Industries Inc

Loop Industries (LOOP ) grundades av Daniel Solomita år 2014. Företaget är unikt eftersom dess affärsmodell fokuserar på återvinning av PET‑ och polyesteravfall. Detta tillvägagångssätt kompletteras med introduktionen av en revolutionerande plaståtervinningsteknik kallad depolymeriseringsteknologi.

Depolymeriseringsteknik möjliggör för användare att skapa högrenat återvunnet PET för användning i förpackningar för konsumentvaror direkt från plastavfall. Detta tillvägagångssätt har hjälpt företaget att säkra en nisch på marknaden. Det har nyligen börjat erbjuda 100 % återvunna produkter till marknaden, inklusive Loop PET‑flaskor.

Loop Industries har sett betydande tillväxt sedan lanseringen. Noterbart är att företaget blev börsnoterat genom en omvänd fusion. Idag har det starkt stöd från både institutionella och privata investerare. Till exempel säkrade det en investering på 56,5 miljoner dollar från SK Geo Centric för att vidareutveckla sin forskning. Alla dessa faktorer gör Loop Industries till en attraktiv aktie att följa inom plaståtervinningssektorn.

Senaste aktienyheter och utveckling för Loop Industries

Slutgiltiga tankar: Hur nanoplastdetektion kan rädda liv

Den 3D‑nanoplastdetektorn är en spelväxlare. Detta låga kostnads‑ och högprecisa föroreningsdetekteringssystem kommer en dag att hjälpa till att hålla din arbetsplats, ditt hem och ditt kvarter renare. För tillfället är det värt att gratulera dessa forskare för deras hårda arbete och framgång, vilket kan leda till en säkrare värld för alla.

Läs om andra coola hållbarhetsprojekt Här.

Studier som refereras:

<sup>1. Cox, K. D., Covernton, G. A., Davies, H. L., Dower, J. F., Juanes, F., & Dudas, S. E. (2019). Mänsklig konsumtion av mikroplaster. Environmental Science & Technology, 53(12), 7068–7074. https://doi.org/10.1021/acs.est.9b01517
2. Wang, Z., Saadé, N. K., Panetta, R. J., & Ariya, P. A. (2025). En HoLDI-masspektrometriplattform för luftburen nanoplastdetektion. Communications Chemistry, 8, Article 90. https://doi.org/10.1038/s42004-025-01483-5</sup>