Forschende der Technischen Universität Graz haben gemeinsam mit einem Startup eine Methode entwickelt, um Nanoplastik in Flüssigkeiten zu detektieren und dessen Zusammensetzung zu bestimmen.
Mikroplastik und das noch wesentlich kleinere Nanoplastik gelangen auf verschiedenen Wegen in den menschlichen Körper, etwa über die Nahrung oder die Atemluft. Ein Grossteil wird wieder ausgeschieden, ein gewisser Teil verbleibt jedoch in Organen sowie im Blut und anderen Körperflüssigkeiten.
Mit der Frage, ob Nanoplastik auch in der Augenheilkunde eine Rolle spielt, beschäftigte sich eine Forschungsgruppe um Harald Fitzek vom Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik der Technischen Universität Graz. Gemeinsam mit einem Grazer Augenarzt und dem Start-up Brave Analytics wurde das Projekt «Nano-Vision» vor zwei Jahren gestartet. Die Projektpartner haben jetzt eine Methode entwickelt, mit der sich Nanoplastik in durchsichtigen Körperflüssigkeiten detektieren und quantifizieren lässt. Auch dessen chemische Zusammensetzung kann dabei bestimmt werden. Als exemplarische Anwendung der Methode untersucht die Forschungsgruppe, ob Intraokularlinsen Nanoplastik abgeben. Derartige Untersuchungen gab es bislang nicht, erste Ergebnisse haben die Forschenden bei einem wissenschaftlichen Fachjournal eingereicht.
Gestreutes Laserlicht verrät Zusammensetzung
Der Nachweis von Mikro- und Nanoplastik erfolgt in zwei Schritten. Eine von Brave Analytics entwickelte Sensorplattform saugt die zu untersuchende Flüssigkeit ein und pumpt diese durch ein Glasröhrchen. Dort durchleuchtet ein schwach fokussierter Laser die Flüssigkeit in oder entgegen der Fliessrichtung. Trifft das Licht auf Partikel, beschleunigt respektive bremst der Laserimpuls sie – dies geschieht bei grösseren Partikel stärker als bei kleineren. Die unterschiedlichen Geschwindigkeitswerte erlauben Rückschlüsse auf die Grösse der Teilchen sowie deren Konzentration in der Flüssigkeit. Diese «Optofluidic Force Induction» genannte Methode hat Christian Hill von Brave Analytics an der Medizinischen Universität Graz entwickelt.
Neu ist nun die Kombination der Optofluidic Force Induction mit der Ramanspektroskopie. Dabei wird zusätzlich das Spektrum des von einzelnen Partikeln in der Flüssigkeit gestreuten Laserlichts analysiert. Ein kleiner Teil des Lichts, die sogenannte Raman-Streuung, weist dabei eine andere Frequenz auf als der Laser selbst. «Abhängig vom Material der fokussierten Partikel sind die Frequenzwerte jeweils ein wenig anders und verraten so die genaue chemische Zusammensetzung», sagt der Ramanspektroskopie-Experte Harald Fitzek. «Das funktioniert besonders gut bei organischen Materialien und Plastik.»
Geben Intraokularlinsen Nanopartikel ab?
Derzeit laufen am Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik bereits weitere Untersuchungen, inwieweit Intraokularlinsen spontan, nach mechanischer Belastung oder Einwirkung von Laserenergie Nanoplastik abgeben. Die gewonnenen Erkenntnisse aus diesen Versuchen sind für Ophthalmochirurgen und Linsenhersteller äusserst wichtig.
«Unsere Methode eignet sich auch für die kontinuierliche Überwachung von Flüssigkeitsströmen in der Industrie sowie von Trink- und Abwasser.»
Harald Fitzek, Dipl.-Ing. Dr.techn. BSc, TU Graz
«Anwendbar ist unsere Methode zum Nachweis von Mikro- und Nanoplastik auf klare Körperflüssigkeiten wie Urin, Tränenflüssigkeit oder Blutplasma», sagt Harald Fitzek. «Sie eignet sich aber auch für die kontinuierliche Überwachung von Flüssigkeitsströmen in der Industrie sowie von Trink- und Abwasser.»
