微塑料和纳米塑料日益收到关注

微塑料和纳米塑料 (MNP) 是尺寸小于 5 毫米的微小塑料颗粒。它们无处不在,从海洋深处到我们呼吸的空气 [1],甚至存在于人体器官和组织中 [2]。如今,它们已引起人们的极大关注。然而,由于其体积小、性质复杂以及聚合物组成多样,MNP 的鉴定和定量分析是一项极具挑战性的任务 [3]。

利用荧光寿命分析进行创新检测

荧光寿命分析 (FLA) —— 一种利用塑料自发荧光的创新方法。该方法与显微镜(称为荧光寿命成像显微镜 (FLIM))结合使用,可以测量激发态塑料颗粒发出的光的衰减速率。这种衰减速率(或荧光寿命)因成分而异,可作为 MNP 的指纹 [4]。相量分析通过提供这些独特指纹的二维表示,进一步增强了该方法,从而能够快速、无标记地对样品中的 MNP 进行映射和识别 [5]。

FLIM Labs的便携式解决方案

在 FLIM LABS,我们开发了一款便携式 USB 供电 FLA 荧光寿命分析系统,无需显微镜。我们与罗马大学合作,专门为 MNP 检测定制了该系统。
荧光寿命分析应用于微塑料检测插图

专为MNPs检测定制的FLA系统

它基于 FLIM 入门套件,使用 445 nm 脉冲激光激发 MNP 样品。SPAD单光子探测器会随时间检测发射的光子,FLIM 数据采集卡会记录激光脉冲与荧光发射光子到达之间的时间延迟,从而重建 TCSPC 直方图。然后,我们的软件会使用相量分析将所得数据转换为相量指纹。值得注意的是,随着浓度降低,排列在同一条线上的同类型相量指纹会向原点移动。

荧光寿命分析应用于微塑料检测插图1

FLIM LABS FLA系统的工作原理

经过验证的性能

我们的FLA系统成功检测了各种尺寸和浓度的聚苯乙烯(PS)颗粒——一种常见的日常塑料。它在检测未经改性的PS微米和纳米颗粒方面表现出卓越的灵敏度,这些颗粒是环境MNPs的典型代表。我们的FLA系统便于携带,为现场调查提供了一种极具前景的解决方案。该系统对PS MNPs的检测限低至0.01 mg/mL,在监测和评估MNP污染方面具有巨大的潜力。

荧光寿命分析应用于微塑料检测插图2

各种 PS 粒子在 445 nm 激发下的 TCSPC 直方图及其相应的相量指纹

感激与认可

这项工作得到了意大利大学和研究部长 (MUR) 的支持,研究项目为“PON Ricerca e Innovazione”——Progetti DM 1062 del 10/08/2021。

参考书目
[1] Sangkham, S., Faikhaw, O., Munkong, N., Sakunkoo, P., Arunlertaree, C., Chavali, M., … & Tiwari, A. (2022). A review on microplastics and nanoplastics in the environment: Their occurrence, exposure routes, toxic studies, and potential effects on human health. Marine pollution bulletin181, 113832.[2] Li, P., & Liu, J. (2024). Micro (nano) plastics in the Human Body: Sources, Occurrences, Fates, and Health Risks. Environmental Science & Technology.

[3] Cai, H., Xu, E. G., Du, F., Li, R., Liu, J., & Shi, H. (2021). Analysis of environmental nanoplastics: Progress and challenges. Chemical Engineering Journal410, 128208.

[4] Monteleone, A., Wenzel, F., Langhals, H., & Dietrich, D. (2021). New application for the identification and differentiation of microplastics based on fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM). Journal of Environmental Chemical Engineering9(1), 104769.

[5] Monteleone, A., Schary, W., Wenzel, F., Langhals, H., & Dietrich, D. R. (2021). Label-free identification and differentiation of different microplastics using phasor analysis of fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM)-generated data. Chemico-Biological Interactions342, 109466.

[6] Xiao, S., Filippini, A., Casadei, M., Caracciolo, G., Digiacomo, L., & Rossetta, A. (2024). Fast and portable fluorescence lifetime analysis for early warning detection of micro-and nanoplastics in water. Environmental Research244, 117936.

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