Das Thema Mikroplastik hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen und stellt einen globalen Herausforderung des 21. Jahrhunderts dar. Mikroplastikverunreinigungen sind mittlerweile in allen Regionen und Ökosystemen der Erde nachgewiesen und finden sich in Meeren, Flüssen sowie in Lebensmitteln und Getränken. Ein besonderes Augenmerk gilt der gesundheitlichen Belastung, die Mikroplastik mit sich bringen kann. US-Forscher entdeckten Mikroplastik in Gewebeproben von Prostatakrebs-Patienten, was die Besorgnis über mögliche gesundheitliche Auswirkungen weiter verstärkt.
Eine vielversprechende Lösung zur Identifikation dieser schädlichen Partikel könnte das Forschungsprojekt „Spektrale Infrarot-Mikroskopie mit Quantenlicht zur mobilen Mikroplastik-Analyse (SIM-QPla)“ bieten. Medizin Münster berichtet über diese innovative Initiative, die vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt mit 3,5 Millionen Euro gefördert wird, wobei allein rund 890.000 Euro für die Universität Münster bereitgestellt werden. Ziel des Projektes ist es, eine Technologie zu entwickeln, die es ermöglicht, Mikroplastik schnell, kostengünstig und effektiv zu erkennen.
Technologischer Fortschritt durch Quantenoptik
Das Projekt nutzt eine neuartige Methode der Quantenoptik, bei der verschränkte Photonen zum Einsatz kommen. Ein dunkelroter Laserstrahl trifft auf einen speziellen Kristall, der Lichtteilchen in zwei Photonen umwandelt. Während eines der Photonen die Probe durchdringt, wird das andere von einem Detektor im fast sichtbaren Bereich erfasst. Diese Technik ermöglicht die Gewinnung von Informationen im mittleren Infrarotbereich, wo Kunststoffe ihren chemischen „Fingerabdruck“ hinterlassen. Durch dieses Verfahren können Mikroplastikpartikel identifiziert werden, was die Effizienz der Analyse signifikant erhöht.
Das neue System verspricht kompakte Messgeräte in der Größe einer Schuhschachtel, was einen mobiler Einsatz in der Umweltanalytik ermöglichen würde. Traditionelle Methoden zur Identifikation von Mikroplastik, wie spektral aufgelöste Bildgebung im mittleren Infrarot, sind oft zeit- und kostenintensiv, insbesondere für Partikel kleiner als 100 µm. Im Gegensatz dazu könnte die Entwicklung des SIM-QPla-Systems die Detectierung und Analyse von Mikroplastik erheblich vereinfachen und beschleunigen.
Kooperationen und Herausforderungen
Das Biomedizinische Technologiezentrum Münster kooperiert mit mehreren Partnern, darunter die Humboldt-Universität und das Ferdinand-Braun-Institut sowie das Unternehmen eagleyard Toptica. Ein Prototyp des Quanten-Sensors wird aus Optik-Modulen dieser Partner aufgebaut. Eine der größten Herausforderungen im Rahmen dieses Projektes war die Erzeugung von ausreichend verschränkten Photonen und die Optimierung des Mikrokanals für die Infrarotmessung. Es wurden bereits die wichtigsten technischen Hürden überwunden, und das Team bereitet nun den Testbetrieb des Systems im Nano-Bioanalytik-Zentrum Münster vor.
Die Exposition der Menschen gegenüber Mikroplastik erfolgt vor allem durch die Luft, die sie atmen, sowie durch Lebensmittel und Getränke. Umweltbundesamt weist darauf hin, dass die Aufnahme von Mikroplastik im menschlichen Körper von verschiedenen Faktoren abhängt, darunter Größe, chemische Zusammensetzung und Oberflächenladung der Partikel. Viele Fragen zur tatsächlichen Aufnahme und den langfristigen Auswirkungen von Mikroplastik in unserem Körper sind noch unbeantwortet. Mithilfe aktueller Forschungsprojekte, wie dem SIM-QPla, wird ein wichtiger Schritt in der Bekämpfung dieser umwelt- und gesundheitsschädlichen Verunreinigungen unternommen.