Ученые разработали набор для обнаружения микропластика с технологией ИИ

Исследовательская группа под руководством доктора Хо Сан Чжуна из отдела нано-био конвергенции Корейского института материаловедения (KIMS) в сотрудничестве с институтом испытаний и исследований KOTITI разработала первую в мире технологию для быстрого и высокочувствительного обнаружения микропластика (MPs), который может вызывать токсичность для человека и генетические нарушения через загрязнение окружающей среды и пищевую цепь.

Результаты исследования были опубликованы 10 сентября в журнале Advanced Functional Materials.

Разработанная технология представляет собой набор для обнаружения MPs, применимый на месте. При фильтрации через сиринг-фильтр (шприцевой фильтр) тип, количество и распределение MPs можно идентифицировать в течение 20 минут без какой-либо предварительной обработки.

Команда сосредоточилась на том факте, что MPs можно отфильтровать. Ученые синтезировали плазмонный материал в форме "нанокармана", который может захватывать MPs на поверхности бумажного фильтра с микропорами и усиливать оптический сигнал захваченных частиц. Когда образец, содержащий MPs, пропускается через шприц, сигнал рамановской спектроскопии усиливается на плазмонном материале, что позволяет проводить высокочувствительное обнаружение. Технология также может обнаруживать MPs нанометрового размера.

Кроме того, исследователи предварительно обучили систему искусственного интеллекта (ИИ) на уникальных рамановских спектрах MPs. Это позволяет ИИ определять, соответствует ли обнаруженный сигнал MPs, даже если в образце есть мешающие элементы. Технология позволяет точно идентифицировать MPs в сложных средах или человеческих образцах, а также их концентрацию, распределение и тип.

Существующие технологии обнаружения MPs было сложно применять в полевых условиях из-за необходимости сложной пробоподготовки, высокопроизводительного оборудования и анализа квалифицированными исследователями. Новая технология заменяет процесс пробоподготовки фильтром и повышает чувствительность материала, а не производительность оборудования.

Ключевое отличие в том, что аналитические навыки специалистов заменены машинным обучением. Еще одно преимущество — использование портативного рамановского спектрометра, что повышает возможность обнаружения на месте.

В настоящее время продолжают возникать вопросы о загрязнении окружающей среды и рисках для человека, связанных с MPs. Сообщается, что MPs легко высвобождаются из повседневных продуктов, таких как контейнеры для напитков и пакеты для закусок. Однако до сих пор не существует метода обнаружения мелких MPs микро- или наноразмера, поэтому необходима технология для установления международного стандартного метода обнаружения.

Поскольку это может привести к будущим регулированиям для пластиковых изделий и контейнеров для еды и напитков, важно, что была разработана технология для преодоления импортно-экспортных ограничений из-за будущих экологических проблем. Еще одно преимущество — простоту использования широкой публикой, так как сенсор выполнен в виде набора.

Доктор Хо Сан Чжун, старший исследователь KIMS, заявил: "Если эта технология будет коммерциализирована, метод обнаружения MPs сможет распространяться легче и быстрее" и добавил: "Основываясь на этом, KIMS продолжит прилагать все усилия для разработки технологий материалов в целях безопасности людей и будущих поколений".

Исследовательская группа планирует сотрудничать с институтом KOTITI для стандартизации технологии обнаружения MPs в будущем. В настоящее время команда проводит дополнительные исследования для обнаружения MPs по размеру и оценки их токсичности для человеческого организма.