Оптический анализ и методы машинного обучения теперь позволяют легко обнаруживать микропластик в морской и пресноводной среде с помощью недорогих пористых металлических подложек. Подробности метода, разработанного исследователями из Университета Нагои совместно с сотрудниками Национального института материаловедения в Японии и другими, опубликованы в журнале Nature Communications.
Обнаружение и идентификация микропластика в образцах воды необходимы для мониторинга окружающей среды, но представляют собой сложную задачу, в частности, из-за структурного сходства микропластика с природными органическими соединениями, полученными из биопленок, водорослей и разлагающихся органических веществ. Существующие методы обнаружения обычно требуют сложных технологий разделения, которые занимают много времени и стоят дорого.
«Наш новый метод позволяет одновременно разделять и измерять количество шести основных типов микропластика - полистирола, полиэтилена, полиметилметакрилата, политетрафторэтилена, нейлона и полиэтилентерефталата», - говорит доктор Ольга Гусельникова из Национального института материаловедения (NIMS).
Система использует пористую металлическую пену для захвата микропластика из раствора и его оптического обнаружения с помощью процесса, называемого поверхностно-усиленной рамановской спектроскопией (SERS). «Полученные данные SERS очень сложны, - объясняет доктор Джоэл Хензи из NIMS, - но они содержат различимые закономерности, которые можно интерпретировать с помощью современных методов машинного обучения».
Для анализа данных команда создала нейросетевой компьютерный алгоритм под названием SpecATNet. Этот алгоритм учится интерпретировать паттерны в оптических измерениях, чтобы идентифицировать целевой микропластик быстрее и с большей точностью, чем традиционные методы.
«Наша процедура обладает огромным потенциалом для мониторинга микропластика в образцах, полученных непосредственно из окружающей среды, не требуя предварительной обработки, и не подвергаясь воздействию возможных загрязнений, которые могут помешать другим методам», - говорит профессор Юсуке Ямаучи из Университета Нагои.
Исследователи надеются, что их инновация поможет обществу оценить значение загрязнения микропластиком для здоровья населения и всех организмов в морской и пресноводной среде. Создав недорогие датчики микропластика и алгоритмы интерпретации данных с открытым исходным кодом, они надеются обеспечить быстрое обнаружение микропластика даже в лабораториях с ограниченными ресурсами.
В настоящее время стоимость материалов, необходимых для новой системы, составляет от 90 до 95% по сравнению с коммерчески доступными альтернативами. Группа планирует еще больше снизить стоимость этих датчиков и сделать методы простыми для воспроизведения, не требующими дорогостоящего оборудования. Кроме того, исследователи надеются расширить возможности нейронной сети SpecATNet, чтобы обнаруживать более широкий спектр микропластика и даже принимать различные виды спектроскопических данных в дополнение к данным SERS.
