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Cost-Effective and Wireless Portable Device for Rapid and Sensitive Quantification of Micro/Nanoplastics
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2024-08-12 , DOI: 10.1021/acssensors.4c00957 Haoxin Ye 1 , Xinzhe Zheng 2 , Haoming Yang 1 , Matthew D Kowal 3 , Teresa M Seifried 3 , Gurvendra Pal Singh 1 , Krishna Aayush 1 , Guang Gao 4 , Edward Grant 3 , David Kitts 1 , Rickey Y Yada 1 , Tianxi Yang 1
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2024-08-12 , DOI: 10.1021/acssensors.4c00957 Haoxin Ye 1 , Xinzhe Zheng 2 , Haoming Yang 1 , Matthew D Kowal 3 , Teresa M Seifried 3 , Gurvendra Pal Singh 1 , Krishna Aayush 1 , Guang Gao 4 , Edward Grant 3 , David Kitts 1 , Rickey Y Yada 1 , Tianxi Yang 1
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The accumulation of micro/nanoplastics (MNPs) in ecosystems poses tremendous environmental risks for terrestrial and aquatic organisms. Designing rapid, field-deployable, and sensitive devices for assessing the potential risks of MNPs pollution is critical. However, current techniques for MNPs detection have limited effectiveness. Here, we design a wireless portable device that allows rapid, sensitive, and on-site detection of MNPs, followed by remote data processing via machine learning algorithms for quantitative fluorescence imaging. We utilized a supramolecular labeling strategy, employing luminescent metal–phenolic networks composed of zirconium ions, tannic acid, and rhodamine B, to efficiently label various sizes of MNPs (e.g., 50 nm–10 μm). Results showed that our device can quantify MNPs as low as 330 microplastics and 3.08 × 106 nanoplastics in less than 20 min. We demonstrated the applicability of the device to real-world samples through determination of MNPs released from plastic cups after hot water and flow induction and nanoplastics in tap water. Moreover, the device is user-friendly and operative by untrained personnel to conduct data processing on the APP remotely. The analytical platform integrating quantitative imaging, customized data processing, decision tree model, and low-cost analysis ($0.015 per assay) has great potential for high-throughput screening of MNPs in agrifood and environmental systems.
中文翻译：
用于快速、灵敏地定量微/纳米塑料的经济高效的无线便携式设备
微纳米塑料（MNP）在生态系统中的积累给陆地和水生生物带来了巨大的环境风险。设计快速、可现场部署且灵敏的设备来评估 MNP 污染的潜在风险至关重要。然而，目前 MNP 检测技术的有效性有限。在这里，我们设计了一种无线便携式设备，可以快速、灵敏地现场检测 MNP，然后通过机器学习算法进行远程数据处理以进行定量荧光成像。我们采用超分子标记策略，采用由锆离子、单宁酸和罗丹明 B 组成的发光金属-酚网络，有效标记各种尺寸的 MNP（例如 50 nm-10 μm）。结果表明，我们的设备可以在 20 分钟内量化低至 330 种微塑料和 3.08 × 10 6纳米塑料的 MNP。我们通过测定热水和流动感应后塑料杯中释放的 MNP 以及自来水中的纳米塑料，证明了该设备对实际样品的适用性。此外，该设备用户友好，无需经过培训的人员即可操作，可以远程在APP上进行数据处理。该分析平台集成了定量成像、定制数据处理、决策树模型和低成本分析（每次检测 0.015 美元），在农业食品和环境系统中 MNP 的高通量筛选方面具有巨大潜力。
更新日期：2024-08-12
中文翻译：
用于快速、灵敏地定量微/纳米塑料的经济高效的无线便携式设备
微纳米塑料（MNP）在生态系统中的积累给陆地和水生生物带来了巨大的环境风险。设计快速、可现场部署且灵敏的设备来评估 MNP 污染的潜在风险至关重要。然而，目前 MNP 检测技术的有效性有限。在这里，我们设计了一种无线便携式设备，可以快速、灵敏地现场检测 MNP，然后通过机器学习算法进行远程数据处理以进行定量荧光成像。我们采用超分子标记策略，采用由锆离子、单宁酸和罗丹明 B 组成的发光金属-酚网络，有效标记各种尺寸的 MNP（例如 50 nm-10 μm）。结果表明，我们的设备可以在 20 分钟内量化低至 330 种微塑料和 3.08 × 10 6纳米塑料的 MNP。我们通过测定热水和流动感应后塑料杯中释放的 MNP 以及自来水中的纳米塑料，证明了该设备对实际样品的适用性。此外，该设备用户友好，无需经过培训的人员即可操作，可以远程在APP上进行数据处理。该分析平台集成了定量成像、定制数据处理、决策树模型和低成本分析（每次检测 0.015 美元），在农业食品和环境系统中 MNP 的高通量筛选方面具有巨大潜力。
京公网安备 11010802027423号