一种实时观察胶体粒子降解的新技术
在 2000 年代初，英国科学家做出了一项令人担忧的发现，即由于塑料废物的不断降解，海洋中充满了塑料小颗粒(长度小于一毫米)。这些微小的塑料颗粒已成为一个主要的环境问题。科学家根据它们的大小将这些小颗粒分类为微塑料或纳米塑料;后一个术语专门用于小于一微米的颗粒。
这些颗粒很容易嵌入海洋和淡水动物的体内，这引发了人们对普遍存在的微塑料和纳米塑料污染问题的警惕。不幸的是，尽管付出了巨大的努力，研究人员仍未破译微塑料和纳米塑料的产生和随时间变化的详细机制。问题主要在于迄今为止用于观察塑料颗粒降解过程的技术。简而言之，这些方法无法实时观察到降解为单个颗粒的情况。
在此背景下，日本信州大学铃木大辅副教授领导的研究团队着手寻找解决这一挑战的方法。在他们于 2023 年 5 月 26 日发表在《软物质》杂志上的最新研究中，他们展示了一种创新方法，可以以纳米级精度实时观察单个微凝胶颗粒的降解过程。该研究由日本名古屋大学的 Takayuki Uchihashi 教授共同撰写。
拟议的方法有两条主要调查路线。在研究的第一部分，使用微凝胶作为模型来了解纳米塑料颗粒的行为。使用的微凝胶由具有交联点的聚合物组成，可以使用氧化剂通过化学反应将其裂解。换句话说，构成微小凝胶球的长纤维状分子之间的键可以通过调节温度和化学环境以半受控的方式断裂。
该研究的第二个主要调查方向是开发一种最先进的技术来实时可视化微凝胶的降解。研究人员采用了精心配置的高速原子力显微镜 (HS-AFM) 装置，其中包括用放置在悬臂末端的原子大小的尖端“接触”样品并测量其偏转。得益于 HS-AFM，该团队能够以极高的精度观察微凝胶形状随时间的变化。
在不同温度和微凝胶成分下进行多次实验后，研究人员对纳米塑料如何根据环境随时间起源和演化获得了宝贵的见解。“实验表明，虽然含水的纳米塑料很容易让化学反应物在内部扩散，但处于无水状态的纳米塑料却不容易让反应物扩散。” 因此，处于不同状态的纳米塑料表现出完全不同的降解行为， ”铃木教授解释道。
微凝胶实时降解的视频说明了这种新方法对于进一步了解微塑料和纳米塑料有多么有用。铃木教授对他们非凡工作的可能影响感到兴奋，他评论说：“所提出的方法有可能扩展为一种观察技术，不仅可以评估温度变化，还可以评估日常生活中遇到的其他外部刺激，例如紫外线光和压力，能够在不同的环境条件下进行纳米级观察。”
总的来说，这项研究的结果将为更好地了解纳米塑料铺平道路。反过来，这将使科学家和工程师有更好的机会来对抗海洋污染这一难以捉摸的方面。此外，由于微塑料和纳米塑料是粘合剂、油漆和化妆品等日常产品中使用的基本材料，因此对其降解过程有更深入的了解将有助于制定指南以减轻其对环境的影响。这些知识也可用于先进的药物输送系统，其中凝胶作为药物输送剂起着关键作用。
着眼于更光明的未来，铃木教授总结道：“这项研究有望引起公众对微塑料和纳米塑料的兴趣，促使他们重新考虑塑料的使用，而塑料是纳米塑料的主要来源。”
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