В НовГУ предложили анализировать частицы микропластика и состояние кожи с помощью света

Центр исследования проблем микропластика НовГУ предложил новый способ анализа мельчайших объектов — от микробов до частиц микропластика — с помощью особого анализа света. Метод позволяет буквально «подсвечивать» то, что раньше было невозможно увидеть, и делать это быстро, без повреждения образцов. Это может стать прорывом для экологии, медицины и биотехнологий.

В основе технологии — использование всех свойств света, в том числе его поляризации.

Поляризация — это характеристика света, описывающая, в каком направлении «колеблются» световые волны. Обычный свет состоит из волн, колеблющихся во всех направлениях. Если пропустить такой свет через специальный фильтр (поляризатор), останутся только волны, колеблющиеся в одной плоскости. Это похоже на то, как если бы вы пропускали верёвку через узкую щель: только колебания вдоль щели пройдут, а остальные будут отсечены.

У света есть четыре так называемых параметра Стокса, которые описывают его поляризацию. Если измерять эти параметры у света, отражённого от объекта, можно узнать о нём гораздо больше, чем кажется на первый взгляд.

Например, бактерии в воде часто невидимы, потому что их оптические свойства совпадают с окружающей средой. Но если посмотреть на них через поляризационный фильтр, они становятся видны — и даже можно определить их тип по «цвету» поляризации. Это позволяет изучать живые объекты без окрашивания и сложной подготовки.

Для экспериментов использовалась простая установка: лазер, линейный поляризатор, четвертьволновая пластинка и специальная камера с поляризационным слоем. Свет проходит через фильтры, отражается от объекта, и камера фиксирует сразу все параметры поляризации. Это даёт мгновенную «картинку» всего объекта, а не только его маленького участка.

Учёные уже опробовали этот подход для анализа микропластика. С помощью поляризационной камеры можно определить размер частиц, тип полимера, форму и степень разрушения (старения) пластика, внутреннюю структуру.

Это важно, например, для экологии: теперь можно быстро оценивать загрязнение воды и разрабатывать методы очистки.

По сравнению с традиционными методами, новый подход обладает рядом важных достоинств:

- Быстрота и наглядность: изображение всего объекта получается сразу, без долгого сканирования по частям.

- Неразрушающий характер: образец не повреждается и не требует сложной подготовки.

- Высокая информативность: анализ всех параметров поляризации даёт больше сведений о структуре и составе объекта.

- Возможность видеть невидимое: метод позволяет обнаруживать объекты, которые не видны в обычном свете.

- Простота и доступность оборудования: не требуется сложное и дорогое оборудование.

- Широкий спектр применения: метод эффективен для анализа микропластика, медицинских исследований и изучения материалов.

Технология позволяет быстро и точно анализировать сложные объекты без разрушения, что важно для самых разных сфер.

- Экология и охрана окружающей среды. Метод даёт возможность оперативно выявлять и классифицировать микропластик в воде и почве, оценивать степень его старения и разрушения, а также разрабатывать новые способы очистки. Это поможет эффективнее бороться с пластиковым загрязнением.

- Биотехнологии и микробиология. Можно быстро обнаруживать и идентифицировать микроорганизмы в жидкостях без сложной подготовки образцов, что ускоряет исследования и контроль качества.

- Материаловедение и промышленность. Анализ структуры, кристалличности и внутренних напряжений в полимерах, жидких кристаллах и других материалах становится более доступным и информативным. Это важно для разработки новых материалов и контроля их качества.

- Пищевая промышленность. Поляризационная визуализация может использоваться для экспресс-анализа состава и качества продуктов, выявления посторонних включений и оценки структуры пищевых гелей, эмульсий и других сложных систем.

- Медицина и косметология. С помощью ручных поляризационных микроскопов врачи и косметологи могут детально изучать кожу, выявлять воспаления, расширенные поры, состояние капилляров и границы родинок. Это облегчает диагностику и подбор индивидуального ухода.

– Мы провели эксперимент по обследованию кожи человека, – рассказал директор Центра исследования проблем микропластика НовГУ Владимир Чигринов. –  Использовался ручной микроскоп с поляризационным фильтром. Уже при 30-кратном увеличении хорошо видны расширенные поры, а при 100–200× можно рассмотреть воспалённые или раздражённые поры — заметно покраснение и отёчность. Поляризация позволяет чётко увидеть края родинок, что важно, например, для диагностики и выбора тактики лечения онкологических заболеваний. Также легко рассмотреть капилляры. Изображения сохраняются одним нажатием кнопки, их можно потом сравнить или показать пациенту. Фокус и яркость легко регулируются, а увеличение меняется от 10 до 200 раз. Такой подход даёт врачу или косметологу наглядную, быструю и неинвазивную информацию о состоянии кожи.

Учёные отмечают, что технология только начинает внедряться в практику. Ведётся подготовка публикаций, завершается совместный научный обзор по новым методам классификации микропластика. В планах — проведение новых экспериментов, расширение сотрудничества с другими лабораториями и поиск дополнительных сфер применения. При заинтересованности научного сообщества и наличии финансирования исследования будут продолжаться, а оборудование — совершенствоваться для ещё более широкого круга задач.