📄 علوم الأرض

Skittles: A Multicolor Flow Cytometric Workflow for High-Throughput Characterization of Micro- and Nano-plastics

تقدم الورقة البحثية "Skittles"، وهو سير عمل للقياس التدفيقي الخلوي متعدد الألوان وعالي الإنتاجية، يتيح توصيفاً دقيقاً ومعيارياً وكمياً للمواد البلاستيكية الدقيقة والنانوية في المعلقات السائلة، مما يوفر تمييزاً وتعداداً وتحليلاً لتوزيع الحجم يعتمد على الفلورة، وتم التحقق من صحته مقابل المجهر وطيف رامان.

المؤلفون الأصليون: Rachel E. Lancaster, Zhe Qiang, Kristina D.A. Mojica

نُشر 2026-09-22

📖 4 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة

CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: Rachel E. Lancaster, Zhe Qiang, Kristina D.A. Mojica

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

أصبح البلاستيك جزءًا دائمًا من العالم الحديث، حيث يُقدّر لمتانته وخفته، ومع ذلك فإن هذه المرونة نفسها تسمح له بالبقاء في البيئة لقرون. فبمجرد التخلص منه، لا تتلاشى هذه المواد ببساطة؛ بل تتفكك تحت تأثير الشمس والرياح والأمواج إلى قطع أصغر فأصغر. وبينما يُعرف الحطام المرئي الذي يخنق الشواطئ ويضر بالحياة البحرية جيدًا، إلا أن هناك طبقة خفية من التلوث تتمثل في الجسيمات المجهرية والمتناهية الصغر. هذه القطع الضئيلة، التي غالبًا ما تكون غير مرئية بالعين المجردة، منتشرة بكثرة في المحيطات والأنهار، لكن العلماء واجهوا صعوبة في عدّها أو تحديد تركيبتها لأن الطرق الحالية بطيئة وتتطلب جهدًا يدويًا كبيرًا، وغالبًا ما تغفل أصغر الجسيمات تمامًا. وبدون وسيلة لقياس هذا التلوث غير المرئي بسرعة ودقة، يظل من الصعب فهم الحجم الحقيقي للتهديد الذي يشكله على الأنظمة البيئية المائية.

ولحل هذه المشكلة، طور باحثون في جامعة جنوب ميسيسيبي طريقة جديدة تسمى "Skittles"، وهي سير عمل مصمم لعد وتحديد هذه الجسيمات البلاستيكية الصغيرة بسرعة ودقة فائقتين. ركز الفريق على الجسيمات التي يتراوح حجمها من حجم حبة الرمل وصولًا إلى حجم الفيروس، وهو مقياس تفشل فيه أدوات العد التقليدية غالبًا. ويتضمن جوهر نهجهم صبغة خاصة تلتصق بالبلاستيك ولا تلتصق بالمواد الأخرى، مما يجعل البلاستيك يتوهج ببراعة عند تعرضه لضوء محدد. ومن خلال الجمع بين هذه الصبغة المتوهجة وآلة يمكنها تحليل آلاف الجسيمات الفردية في تيار سائل كل ثانية، أنشأ الباحثون نظامًا يعمل مثل فرز عالي السرعة. هذه الآلة، المعروفة باسم مقياس التدفق الخلوي (flow cytometer)، تستخدم أشعة الليزر للكشف عن الضوء المتشتت الناتج عن كل جسيم ولون التوهج المنبعث من الصبغة، مما يسمح لها بالتمييز بين أنواع البلوستيك المختلفة وتقدير حجمها دون الحاجة إلى فحص كل منها تحت المجهر.

اختبر الباحثون هذه الطريقة باستخدام أنواع متنوعة من البلاستيك الموجودة في الطبيعة، بما في ذلك البولي إيثيلين، والبولي ستيرين، والبولي بروبيلين، والبولي إيثيلين تيريفثاليت، وهي مواد شائعة في الزجاجات والتغليف والألياف الاصطناعية. قاموا أولاً بتحسين العملية لضمان عمل الصبغة بشكل مثالي، حيث حددوا الكمية المناسبة لاستخدامها وأفضل طريقة لتحضير العينات بحيث يتوهج البلاستيك باستمرار. ووجدوا أن تسخين العينات ساعد الصبغة على الارتباط بالبلاستيك بشكل أكثر فعالية، مما جعل الإشارة أقوى وأكثر موثوقية. وعند إجراء اختباراتهم، أثبتت الطريقة دقة عالية، حيث استعادت أكثر من 100 بالمائة من الجسيمات البلاستيكية التي أضافوها إلى الماء في تجارب محكومة، وكانت الأعداد متسقة مع تباين ضئيل جدًا. وللتأكد من أن الطريقة لا تقوم فقط بعدّ الصبغة نفسها أو الحطام الآخر، قارنوا النتائج مع العد المجهري وتقنية التحليل الكيميائي المعروفة باسم "مطيافية رامان" (Raman spectroscopy)، وكلاهما أكد أن سير العمل الجديد كان يحدد المواد الصحيحة.

وعندما طبق الفريق هذه الط méthode على مياه البحر الحقيقية التي جُمعت من "ميسيسيبي ساوند"، كشفت النتائج عن وجود كثافة سكانية من الجسيمات البلاستيكية أكبر بكثير مما كان يُقدر سابقًا. احتوت المياه على مئات الجسيمات في كل ميليلتر، وهو رقم أعلى بكثير من التقارير السابقة التي كانت تركز غالبًا على الشظايا الأكبر والأكثر وضوحًا. نجحت الطريقة في تحديد مزيج من أنواع البلاستيك، حيث كان البولي بروبيلين والبولي ستيرين الأكثر شيوعًا، وتمكنت أيضًا من قياس حجم هذه الجسيمات، موضحة أنها تتراوح من الجسيمات النانوية الصغيرة جدًا إلى الميكروبلاستيك الأكبر حجمًا. كما اختبر الباحثون الطريقة على عينات من مياه الشرب التي جُمعت من المنازل، حيث اكتشفت كميات منخفضة ولكن قابلة للقياس من البلاستيك، مما أظهر حساسيتها حتى في المياه النظاء التي تحتوي على عدد قليل جدًا من الجسيمات. والأهم من ذلك، أظهرت الدراسة أن وجود الطحالب أو المواد العضوية الطبيعية الأخرى في الماء لم يؤثر بشكل كبير على القدرة على عد البلاستيك، مما يشير إلى أن الطريقة قوية بما يكفي للاستخدام في البيئات الطبيعية المعقدة.

تكمن أهمية هذا العمل في قدرته على تحويل مهمة بطيئة وصعبة إلى عملية سريعة ومعيارية. فقبل هذا التطوير، كان توصيف النطاق الكامل للتلوث البلاستيكي يتطلب أدوات متعددة وأيامًا من العمل اليدوي، وغالبًا ما كان يغفل أصغر الجسيمات وأكثرها عددًا. يسمح سير عمل "Skittles" لجهاز واحد بالتعامل مع المهمة بأكملية، مما يوفر صورة واضحة لعدد الجسيمات الموجودة، ونوع البلاستيك، وحجمها. وبينما تبلغ الطريقة حاليًا الأحجام بناءً على مقارنة بخرز بلاستيكي قياسي، وهي طريقة موثوقة لتقدير الحجم للجسيمات الكروية، يشير الباحثون إلى أن العمل المستقبلي سيكون مطلوبًا لتنقيح تقديرات الحجم هذه للأشكال غير المنتظمة وأنواع البلاستيك المختلفة. ومع ذلك، توفر هذه الأداة الجديدة وسيلة قوية لمراقبة الطبقة غير المرئية من التلوث البلاستيكي، مما يوفر البيانات اللازمة لفهم المخاطر التي تشكلها هذه الجسيمات على البيئة وتتبع كيفية تغير مستويات التلوث بمرور الوقت.

أبحاث مشابهة