Met 3D-beeldvorming kunnen onderzoekers de afbraak van micro- en nanoplastics met ongekende details observeren

Onderzoekers van de Universiteit van Waterloo hebben voor het eerst ter wereld 3D-beeldtechnologie gebruikt om de fijne details van microplastics te begrijpen. Daarmee is de weg vrijgemaakt voor effectievere methoden voor het recyclen van plastic afval.

Micro- en nanoplastics, kleine plasticdeeltjes die ontstaan ​​door de afbraak van grotere plastic voorwerpen, zijn een exponentieel verergerende milieucrisis geworden. Vanwege hun moeilijkheden bij het veilig afbreken, vormt plasticvervuiling een aanzienlijke bedreiging voor ecosystemen, wilde dieren en de gezondheid van de mens.

Wetenschappers hebben moeite gehad om het exacte proces te begrijpen van hoe deze micro- en nanoplastics afbreken, met name op micro- en nanoschaal, wat de inspanningen om hun impact op het milieu te beperken, heeft belemmerd. Het observeren en begrijpen van hoe de fijne details van microplastics functioneren en hoe ze afbreken, zijn essentieel om ze uit ons milieu te bannen.

In samenwerking met de National Research Council (NRC) hebben onderzoekers naast de traditionele 2D-microscopie ook 3D-beeldtechnologie gebruikt. Hierdoor konden ze de afbraak van micro- en nanoplastics met ongekende details observeren.

De studie, “3D-beeldvorming van fotokatalytisch afgebroken micro- en nanoplastics”, werd onlangs gepubliceerd gepubliceerd in Nanotechnologie.

“De meeste microscoopbeelden geven een tweedimensionaal beeld, vergelijkbaar met een medische röntgenfoto, wat ons wel enige informatie geeft, maar weinig diepte”, aldus William Anderson, hoogleraar aan de afdeling chemische technologie van Waterloo.

“3D-beeldvorming is echter vergelijkbaar met een CT-scan en biedt veel gedetailleerdere inzichten in de structuur en degradatie van microplastics. Dit detailniveau is ongelooflijk uitdagend om te bereiken, maar het is cruciaal om te begrijpen wat er gebeurt op het oppervlak van micro- en nanoplastics en hoe degradatieprocessen werken.”

De onderzoeksgroep gebruikte een nieuwe combinatie van fysieke en biologische benaderingen om hun nieuwe visuele gegevens te verkrijgen. Ze gebruikten een fotokatalytisch proces, dat micro- en nanoplastics behandelde met UV-licht en een titaniumoxidekatalysator. Als resultaat kon het team de degradatie op microscopisch niveau observeren en analyseren.

“Door deze methodologie te gebruiken, wordt niet alleen duidelijk dat degradatie plaatsvindt, maar ook hoe en waar dit precies gebeurt op het oppervlak van micro- en nanoplastics, aldus professor chemische technologie Boxin Zhao, een University of Waterloo Endowed Chair in Nanotechnology. “Deze kennis is cruciaal voor het ontwikkelen van effectievere methoden om plastics af te breken op micro- en nanoschaal.”

Anderson en Zhao ontwikkelen, in samenwerking met onderzoekers van de afdeling Chemische Technologie en de afdeling Biologie van Waterloo, biocyclische methoden waarbij microplastics kunnen worden gebruikt als koolstofbron voor bacteriën. Deze bacteriën zouden microplastics opnemen en vervolgens een milieuvriendelijk biopolymeer uitscheiden dat kan worden gebruikt om nieuwe materialen te maken, zoals plastic zakken of verpakkingsfolies.

Deze studie heeft bredere implicaties voor het onderzoeksteam van Waterloo, dat nu een multidisciplinair onderzoeksinitiatief voor plasticbiocycling opzet.

De samenwerking onderstreept het belang van het samenbrengen van verschillende expertisegebieden om complexe milieu-uitdagingen aan te pakken. Dit onderzoek biedt waardevolle inzichten die de weg kunnen vrijmaken voor effectievere methoden voor het recyclen van plastic afval en kunnen bijdragen aan een circulaire economie.