Light based sensing di microplastiche disperse in soluzioni acquose

La preoccupazione della comunità riguardo l’impatto ambientale dovuto al rilascio nelle acque delle microplastiche (MP) e delle nanoplastiche (NP) è in crescente aumento. Con il termine MP e NP si intendono, rispettivamente, plastiche di varia origine con dimensioni micro e nanometrica. Ad oggi, sono stati proposti metodi di indagine sistematici che rilevano le MP solo nell’ordine di grandezza compreso tra 0.1 e 5 mm, ovvero dalle 10 alle 100 volte superiori a quelle che sono state indicate come le più pericolose per la salute dell’ecosistema. Alcune tecniche, sebbene esose in termini economici, temporali e con basso throughput, sono state proposte per la rilevazione di plastiche più piccole. Tuttavia, nel range delle cosiddette submicroplastiche (0.1 – 10 micrometri) – intervallo di transizione tra MP e NP – sono attualmente assenti tecniche efficaci di rilevazione. Inoltre, la variabilità nella dimensione e nella composizione delle MP costituiscono uno degli elementi più complicati da gestire. Sinora, la comunità scientifica si è sostanzialmente orientata a combinare in modo sinergico l'analisi delle proprietà visibili (dimensione, colore, trasmittanza, ecc) delle MP cui far seguire l'analisi chimica con le tecniche comunemente utilizzate per identificarne composizione e struttura. La capacità di identificazione e quantificazione di specie chimiche contaminanti disperse in acqua, utilizzando ridotti volumi di fluido, apre la possibilità di specializzare l’analisi su determinati parametri funzionali, minimizzando la perturbazione indotta sul sistema in studio. In questo ambito, la microfluidica svolge un ruolo chiave dato che si sfruttano la proprietà di mescolamento di fluidi immiscibili in canali di ridotta sezione (tipicamente 50-300 micrometri di larghezza/profondità) per produrre gocce contenenti submicroplastiche (fase dispersa) con volumi di fluidi che sono nell’intervallo di pico – nanolitri. Le gocce così prodotte risultano quindi disperse in un mezzo continuo (fase continua) che le isola dall’ambiente circostante. Allo scopo di affrontare la sfida offerta dal rilevamento delle submicroplastiche, nel presente lavoro di tesi è stata presentata un’innovativa tecnica per la loro rilevazione, sfruttando una piattaforma opto-microfluidica integrata. In questo caso, con tale termine si intende un dispositivo che integra nel medesimo substrato in niobato di litio sia uno stadio microfluidico per la generazione delle gocce sia uno stadio ottico per misurarne la trasmittanza ottica. Pertanto, il presente lavoro di tesi mira ad esplorare – per la prima volta – le capacità di un siffatto dispositivo di agire quale sensore di submicroplastiche, evidenziandone alcuni punti di forza e di debolezza, anche relativamente alle tecniche di analisi dei dati raccolti.