El medio ambiente mundial está sufriendo la contaminación del aire debido al exceso de partículas, resultando en enormes costos sociales y económicos. La calidad del aire se caracteriza generalmente por la concentración másica de partículas finas con diámetros aerodinámicos inferiores a 2,5 µm (PM2,5), que es principalmente contribuido por partículas de tamaño micrométrico, mientras que el peligro inducido por las partículas ultrafinas (con diámetros inferiores a cientos de nanómetros) sigue estando muy subestimado. Además de su distribución masiva, las distribuciones de tamaño de las partículas suspendidas en el aire son cada vez más importantes para la evaluación de los peligros del aire.

Un equipo dirigido por el profesor Xiao Yun-Feng en la Universidad de Pekín propone y demuestra un perfil bajo, alta precisión, libre de caries y un sistema de sondeo de tamaño en tiempo real que funciona en un entorno abierto utilizando una estructura de matriz de nanoguías con un fuerte campo evanescente. Este trabajo ha sido publicado en línea en Luz:ciencia y aplicaciones .

Se cree que las partículas ultrafinas tienen implicaciones para la salud aún más agresivas que las partículas más grandes, porque pueden entrar a los pulmones, causando cáncer de pulmón, y puede penetrar aún más la barrera aire-sangre, invadiendo el sistema circulatorio y provocando enfermedades respiratorias e incluso disfunción orgánica. Un artículo presentado en Ciencias enfatiza que la inhalación de contaminantes ultrafinos en el aire puede atacar el cerebro e incluso aumentar los riesgos de enfermedad de Alzheimer y otras formas de demencia. Por lo tanto, Se debe prestar más atención a las partículas ultrafinas, y sus distribuciones de tamaño. En comparación con las técnicas de análisis de aerosoles convencionales para medir las distribuciones de tamaño de las partículas, Los métodos ópticos muestran un gran potencial para medir las distribuciones de tamaño de las partículas debido a su naturaleza no destructiva. inmunidad al ruido electromagnético, y capacidad de detección in situ en tiempo real.

Los métodos ópticos típicos para medir el tamaño de las nanopartículas utilizan principalmente métodos de absorción o dispersión. Sin embargo, los métodos de absorción solo son aplicables para objetivos con pérdidas, mientras que los métodos de dispersión convencionales que utilizan luz láser de espacio libre deben operarse en una cavidad cerrada para evitar la perturbación de la luz ambiental, haciendo así el sistema bastante complicado. Los sistemas de detección de microcavidades ópticas recientemente desarrollados que utilizan métodos de dispersión han eliminado el requisito de una cavidad cerrada y han logrado un límite de detección bajo sin precedentes. Sin embargo, El dimensionamiento basado en microcavidades normalmente requiere una fuente de láser sintonizable y el control estricto del acoplamiento de campo cercano.

En la publicación, los investigadores desarrollaron un espectrómetro de tamaño sin cavidades para sondear partículas finas y ultrafinas sin la necesidad de un láser sintonizable y un control de acoplamiento de campo cercano. "El dispositivo utiliza la dispersión mejorada de partículas perturbadas en fuertes campos ópticos evanescentes, y el componente de sondeo es una matriz de nanofibras con patrón de serpentina. La información sobre el tamaño del analito se lee controlando las caídas de potencia de la luz transmitida debido a la dispersión inducida por nanopartículas. Se logra una resolución de tamaño de 10 nm para nanopartículas de poliestireno estándar (PS) de 100 nm de diámetro optimizando las polarizaciones de la luz de la sonda ", dijo el Dr. Yu Xiao-Chong, investigador postdoctoral en la Universidad de Pekín, y el primer autor de este trabajo.

El trabajo destaca el espectrómetro de tamaño al sondear la evolución de las partículas atmosféricas en el invierno de 2015 y 2016. Cuando las partículas en el aire fluyen hacia la guía de nanoondas, la potencia de la luz transmitida depende en gran medida del tamaño de las partículas, y así las distribuciones de tamaño se pueden obtener en tiempo real. La evolución de los diámetros de las partículas en la atmósfera de Beijing se controla con un paso de 20 nm. Usando el índice de refracción promedio y la densidad de las partículas, la evolución de la distribución de tamaño está lista para ser convertida a la de la distribución de masa. La tendencia en la evolución de los resultados experimentales de PM1.0 es consistente con la de los datos oficiales de PM2.5, validando la capacidad de dimensionamiento del espectrómetro de tamaño.

"Excepto por las distribuciones masivas, las distribuciones de tamaño son más importantes, porque las partículas con diámetros de cientos de nanómetros pueden causar daños irreversibles a los órganos, pero los datos de PM2.5 convencionales se deben principalmente a partículas más grandes ", dijo el profesor Qiu Cheng-Wei, el colaborador de la Universidad Nacional de Singapur. "El espectrómetro de tamaño desarrollado es superior para monitorear partículas más pequeñas y ha mostrado un límite de detección de 100 nm. Este dispositivo no solo se puede aplicar para evaluar la calidad del aire, pero también puede encontrar aplicaciones en industrias donde es necesario rastrear el tamaño de las nanopartículas, "dijo el profesor Xiao.