检测食物链中的微塑料

每年有数百万吨塑料废物最终流入海洋并降解成微塑料。这些塑料颗粒的尺寸只有几微米或几纳米，通过鱼类或贻贝进入食物链，最终进入人体消化系统。“微塑料带来的健康风险仍需要评估，”斯图加特大学第四物理研究所和斯图加特光子工程中心主任HaraldGiessen教授博士说。“实现这一目标的先决条件是检测食物链中的微塑料和纳米塑料。”

自发拉曼光谱已被用于检测饮用水中的微塑料。该方法基于表现出不同自然振动模式的分子。“激光显微镜用于测量散射光的波长变化，以识别和区分不同的化合物，”第四物理研究所的研究员莫里茨·弗洛斯博士说。“不幸的是，这个过程非常缓慢。为了收集大量数据——例如，量化大西洋鲑鱼被微塑料污染的情况——需要更快的成像速度。”

物理学家和神经生物学家进行联合研究

MoritzFloess与第四物理研究所和生物材料与生物分子系统研究所的同事一起在著名科学期刊《生物医学光学快报》上发表了一篇论文。研究人员提出了一种检测鱼类组织中微塑料的方法，可以实现大数据调查。跨学科研究团队采用受激拉曼散射(SRS)代替自发拉曼光谱：“我们使用两束不同波长的激光束。波长失谐与我们想要激发的分子振动相关的能量差精确匹配。因此，我们可以准确定义我们正在寻找的分子类型，并逐像素扫描样本。由于SRS过程提供了明显更高的信号水平，因此可以在大约30秒内获取图像，而使用自发拉曼光谱则需要大约30分钟。”

对超市鱼的参数研究

SRS显微镜需要激光显微镜领域的高水平专业知识，因此迄今为止仅在高度专业化的研究实验室中使用。“在我们的研究中，我们首次证明可以使用SRS在鱼的肌肉组织中检测到微塑料。特别是，我们量化了检测限：用这种方法我们可以穿透组织多深?可检测的最小颗粒尺寸是多少?我们正在100纳米范围内运行，”MoritzFloess说道。

在设计这项研究时，研究小组决定不进行活鱼实验。“我们去了当地的一家鱼贩那里。研究小组的神经生物学家IngridEhrlich教授提供了肌肉组织薄片，然后我们用微塑料颗粒制备它们。通过这种方式，我们为参数研究创建了一个受控环境。”

生物医学研究的巨大潜力

“SRS的潜力不仅仅在于快速成像。该过程还可以直接在显微镜下区分不同类型的微塑料，例如聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯，”吉森说。在后续项目中，他和他的团队计划追踪微塑料在消化系统中的路径。

使用SRS不仅可以检测微塑料：未来，该方法还可以用于癌症诊断。“这些领域的研究需要高度专业化的激光技术，这是我们在第四物理研究所开发的。这需要生物医学和物理学之间密切的跨学科合作。因此，在这方面，我们位于斯图加特的地理位置非常理想。”

斯图加特大学独特的研究概况以网络学科的指导原则为特征，被称为“斯图加特之路”。MoritzFloess是一名初级研究员，也在第四物理学院获得了学士和硕士学位，他认识到“斯图加特之路”对其职业发展的好处。“跨学科项目工作教会你超越自己的‘科学泡沫’，”他指出。SRS研究是Floess博士论文的一部分。“SRS系统非常复杂，需要各种专用组件，包括激光光学、电子、测量技术、显微镜和编程。该研究所在所有这些领域都拥有专业知识和支持，这对我的博士论文非常有价值。”

Terraincognita能够在未知的未来研究领域进行开创性研究

该项目由斯图加特大学“Terraincognita”计划资助，该计划于2019年启动，旨在确定未来有前景的研究领域。应鼓励科学家探索具有风险性和原创性的项目想法，旨在通过新方法取得新的研究成果。“该项目还鼓励非常规的研究想法，并为发展跨学科联系提供了理想的框架，”吉森教授说。