O meio ambiente global está sofrendo com a poluição do ar devido ao excesso de partículas, resultando em enormes custos sociais e econômicos. A qualidade do ar é geralmente caracterizada pela concentração de massa de partículas finas com diâmetros aerodinâmicos menores que 2,5 µm (PM2,5), que é principalmente contribuído por partículas de tamanho mícron, ao passo que o risco induzido por partículas ultrafinas (com diâmetros menores do que centenas de nanômetros) permanece seriamente subestimado. Além de sua distribuição em massa, as distribuições de tamanho de partículas transportadas pelo ar estão se tornando cada vez mais importantes para a avaliação dos perigos atmosféricos.

Uma equipe liderada pelo professor Xiao Yun-Feng da Universidade de Pequim propõe e demonstra uma atitude discreta, alta precisão, livre de cárie, e sistema de sondagem de tamanho em tempo real trabalhando em um ambiente aberto usando uma estrutura de matriz de guia de nanowav com um campo evanescente forte. Este trabalho foi publicado online em Light:Ciência e Aplicações .

Acredita-se que as partículas ultrafinas tenham implicações ainda mais agressivas para a saúde do que as partículas maiores, porque eles podem entrar nos pulmões, causando câncer de pulmão, e pode penetrar ainda mais na barreira ar-sangue, invadindo o sistema circulatório e resultando em doenças respiratórias e até disfunções orgânicas. Um artigo apresentado em Ciência enfatiza que a inalação de poluentes aerotransportados ultrafinos pode atacar o cérebro e pode até aumentar os riscos da doença de Alzheimer e outras formas de demência. Portanto, mais atenção deve ser dada às partículas ultrafinas, e suas distribuições de tamanho. Em comparação com as técnicas convencionais de análise de aerossol para medir as distribuições de tamanho de partículas, os métodos ópticos apresentam grande potencial para medir as distribuições de tamanho de materiais particulados devido à sua natureza não destrutiva, imunidade a ruído eletromagnético, e capacidade de detecção in situ em tempo real.

Os métodos ópticos típicos para medir o tamanho das nanopartículas utilizam principalmente métodos de absorção ou espalhamento. Contudo, os métodos de absorção são aplicáveis ​​apenas para alvos com perdas, enquanto os métodos convencionais de espalhamento usando luz laser de espaço livre devem ser operados em uma cavidade fechada para evitar perturbação da luz ambiental, tornando o sistema bastante complicado. Os sistemas de detecção óptica de microcavidade recentemente desenvolvidos usando métodos de espalhamento eliminaram a necessidade de uma cavidade fechada e alcançaram um limite de detecção baixo sem precedentes. Contudo, O dimensionamento baseado em microcavidades normalmente requer uma fonte de laser sintonizável e o controle estrito do acoplamento de campo próximo.

Na publicação, os pesquisadores desenvolveram um espectrômetro de tamanho livre de cavidade para sondar partículas finas e ultrafinas sem a necessidade de um laser sintonizável e controle de acoplamento de campo próximo. "O dispositivo utiliza o espalhamento perturbado por partículas aprimorado em campos evanescentes ópticos fortes, e o componente de sondagem é um arranjo de nanofibras com padrão de serpentina. A informação do tamanho do analito é lida monitorando as quedas de potência da luz transmitida devido ao espalhamento induzido por nanopartículas. Uma resolução de dimensionamento de 10 nm é alcançada para nanopartículas de poliestireno (PS) padrão de diâmetro de 100 nm otimizando as polarizações da luz da sonda ", disse o Dr. Yu Xiao-Chong, um pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Pequim, e o primeiro autor deste trabalho.

O trabalho destaca o espectrômetro de tamanho, investigando a evolução das partículas atmosféricas no inverno de 2015 e 2016. Quando as partículas transportadas pelo ar fluem para o guia de nanowav, a potência da luz transmitida depende fortemente do tamanho da partícula, e assim as distribuições de tamanho podem ser obtidas em tempo real. A evolução dos diâmetros das partículas na atmosfera de Pequim é monitorada com uma etapa de 20 nm. Usando o índice de refração médio e a densidade das partículas, a evolução da distribuição de tamanho está pronta para ser convertida à da distribuição de massa. A tendência na evolução dos resultados experimentais de PM1.0 é consistente com os dados oficiais de PM2.5, validar a capacidade de dimensionamento do espectrômetro de tamanho.

"Exceto para as distribuições em massa, as distribuições de tamanho são mais importantes, porque partículas com diâmetros de centenas de nanômetros podem causar danos irreversíveis aos órgãos, mas os dados convencionais de PM2.5 são contribuídos principalmente por partículas maiores ", disse o professor Qiu Cheng-Wei, o colaborador da National University of Singapore. “O espectrômetro de tamanho desenvolvido é superior para monitorar particulados menores e apresentou limite de detecção de 100 nm. Este dispositivo não pode ser aplicado apenas na avaliação da qualidade do ar, mas também pode encontrar aplicações em indústrias onde o tamanho das nanopartículas precisa ser rastreado, "disse o professor Xiao.