Sử dụng kính hiển vi huỳnh quang trong nghiên cứu hạt vi nhựa

Các nhà khoa học đang gấp rút nghiên cứu các hạt nhựa nhỏ bé có trong động vật biển và trong chúng ta. Hiện nay, hạt vi nhựa có mặt ở khắp mọi nơi trên toàn thế giới; tuy nhiên, sự hiểu biết của chúng ta về tác động của vi nhựa vẫn còn nhiều hạn chế.

Tiến sĩ Elke Fischer từ Khoa Khoa học Trái đất của Đại học Hamburg đã có buổi chia sẻ về nghiên cứu của cô ấy cùng những thách thức mà cô ấy phải đối mặt bằng cách sử dụng kính hiển vi để xác định những hạt cực nhỏ này. 
Dưới đây là nội dung cuộc trao đổi:
 

Vi nhựa thực sự có trên môi của mọi người - tại sao chúng ta phải lo lắng về chúng?

Chúng ta biết rằng vi nhựa có mặt ở mọi nơi xung quanh chúng ta từ nước đến trầm tích, từ đất đến khí quyển và ngay cả ở trên cơ thể của động vật và con người. Chúng ta cũng thấy rằng vi nhựa dẫn đến những thay đổi trong cơ thể sống, ví dụ như hiệu quả của việc hấp thu chất dinh dưỡng từ thức ăn, khả năng sinh sản và thậm chí là tỷ lệ tử vong. Cho đến nay, bằng chứng này chủ yếu đến từ các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và cần được nghiên cứu thêm trong điều kiện môi trường thực tế. Do sự hiện diện phổ biến của chúng, vi nhựa cũng là một phần của chuỗi thức ăn của con người: trong nước uống, thức ăn và trong cả không khí. Đây là minh chứng cho việc chúng ta xử lý tài nguyên thiên nhiên của mình một cách cẩu thả và bất cẩn thải ra môi trường những chất mà chúng ta đã tổng hợp được, tức là những chất không thuộc chu trình vật chất tự nhiên của trái đất. Nghiên cứu này đã đưa ra các giả thuyết nghiên cứu về tổn thương thần kinh hoặc sự kích hoạt của ung thư do vi nhựa gây nên.

Làm thế nào để Tiến sĩ Elke Fischer nghiên cứu và xác định hạt vi nhựa?

Một thách thức đặc biệt trong việc phân tích vi nhựa trong các mẫu môi trường là việc chuẩn bị mẫu rất tốn thời gian. Điều quan trọng là phải tách chính xác các hạt nhựa khỏi tất cả các hạt khác, vì chỉ sau đó mới có thể xác định được số lượng, hình dạng và kích thước của chúng. Sử dụng trầm tích bãi biển làm ví dụ, bước đầu tiên là phá hủy các chất hữu cơ sinh học như tảo, gỗ, lá, vỏ đá vôi, v.v., vì nếu không chúng sẽ che dấu tín hiệu nhựa. Trong bước thứ hai, các thành phần khoáng chất (ví dụ như cát) được tách khỏi các hạt vi nhựa bằng cách tách mật độ. Sau khi chuyển sang bộ lọc, chúng có thể được nghiên cứu thêm, điều này chủ yếu được thực hiện bằng kính hiển vi và sau đó các hạt vi nhựa được xác định thông qua các phương pháp quang phổ như quang phổ FTIR và Raman.

Một thách thức khác là sự thiếu tự động hóa, đặc biệt là để xác định các hạt vi nhựa trên bộ lọc. Điều này càng khó khăn hơn bởi thực tế là vẫn còn dư lượng các chất sinh học và khoáng chất trên bộ lọc và mỗi chất nền sẽ hoạt động khác nhau. Các hạt nhựa không dễ phát hiện ngay cả khi sử dụng kính hiển vi và hình dạng của chúng thường giống với các chất tự nhiên. Chúng ta có thể sử dụng các tiêu chí như hình dạng của các cạnh hoặc đầu sợi, sự vắng mặt của các cấu trúc tế bào,...

Kính hiển vi hỗ trợ cho nghiên cứu của bạn như thế nào?

Phương pháp sử dụng kính hiển vi hầu như luôn được sử dụng đầu tiên để xác định vi nhựa. Tuy nhiên, việc chỉ sử dụng kính hiển vi ánh sáng hiện đang gây tranh cãi vì nó đã được chứng minh rằng có mức độ sai số cao, chẳng hạn trong việc phân biệt giữa sợi tổng hợp và sợi tự nhiên làm bằng bông hoặc xenlulo. Nhưng các phương pháp quang phổ của FTIR và Raman cũng dựa trên nhận dạng quang học (hiển vi), trong đó nguồn sáng được thay thế bằng nguồn kích thích laser có bước sóng cụ thể. Trong trọng tâm nghiên cứu hiện nay, việc có thể phát hiện các hạt có kích thước nhỏ nhất có thể cho đến kích thước nano là điều đặc biệt được quan tâm. 

Sọi PET được phát hiện bằng cách sử dụng kính hiển vi huỳnh quang ZEISS Axiolab 5 để quan sát.

Trong nhóm làm việc của tôi, chúng tôi đã thử nghiệm và thiết lập phương pháp nhuộm Nile Red kết hợp với kính hiển vi huỳnh quang . Ưu điểm của phương pháp này là việc chọn lọc trước đã diễn ra thông qua việc nhuộm các hạt vi nhựa. Điều này làm tăng thông lượng mẫu vì nhà khoa học thực hiện phân tích không phải xác định và phân loại từng hạt riêng lẻ. Việc kiểm tra song song các hạt được xác định với Nile Red thông qua quang phổ Raman cho kết quả tỷ lệ đồng ý thuyết phục hơn 90%. Với kính hiển vi huỳnh quang, chúng ta có thể phát hiện một cách đáng tin cậy các hạt có kích thước lớn hơn 5 µm và tôi tin tưởng rằng nếu chúng ta tăng độ phân giải, chúng ta có thể mở rộng kích thước hạt xuống 1 µm. 

Hiện nay, Thăng Long Instruments đang là nhà phân phối chính cung cấp các sản phẩm kính hiển vi quang học của Carl Zeiss. Liên hệ tới hotline 0974540000 để biết thêm chi tiết.

Tìm hiểu thêm về kính hiển vi của ZEISS: light microscopy