Исследователи НИЛ OpenLab «Бионанотехнологии» Института фундаментальной медицины и биологии Казанского федерального университета разработали новый метод обнаружения вторичного микропластика, выделяемого в процессе разрушения медицинских масок, использование которых многократно возросло во время эпидемии коронавируса.

Новый метод объединяет технологию усиленной темнопольной микроскопии, дополненной гиперспектральной визуализацией, с методами машинного обучения для извлечения и обработки глубинных признаков, присутствующих в данных, сообщил главный научный сотрудник НИЛ OpenLab «Бионанотехнологии» Равиль Фахруллин.

«На первом этапе наша группа собрала спектральные профили цельных полипропиленовых слоев медицинских масок, которые затем были использованы для обучения модели нейронной сети. После этого образцы масок были подвержены ультрафиолетовому старению, в результате которого были получены гиперспектральные данные частиц вторичного микропластика. Для определения связи между спектрами, выделенными из цельных слоев, и спектрами микрочастиц, обнаруженными в процессе деградации масок, была использована модель одномерной сверточной нейронной сети c 1,8 миллионов параметров», – рассказал аспирант ИФМиБ Ильнур Ишмухаметов.

В ходе исследования было установлено, что нейронная сеть способна определить происхождение частиц микропластика в образце с точностью 81%.

«Снижение точности идентификации частиц микропластика в сравнении с цельными слоями маски указывает на возможные структурные изменения, вызванные ультрафиолетовым излучением. Однако, несмотря на это, применение алгоритма глубокого обучения в гиперспектральном анализе превзошло традиционный метод спектрального углового картирования в классификации неповрежденных и УФ-облученных образцов, что подтверждает потенциал предложенного подхода в анализе вторичного микропластика», – резюмировал И.Ишмухаметов.

Результаты исследования опубликованы в британском журнале Analyst, одном из ведущих изданий в области аналитической химии.

Ученый подчеркнул, что в период пандемии COVID-19 резко возросло использование средств индивидуальной защиты с коротким временем эффективности, таких как медицинские маски и респираторы. Их неправильная утилизация способствуют значительному распространению синтетических материалов в природе. Все это в совокупности с быстрой естественной деградацией делает средства защиты органов дыхания серьезным источником загрязнения окружающей среды вторичным микро- и нанопластиком.

Работа исследователей вуза поддержана программой стратегического академического лидерства Казанского федерального университета «Приоритет-2030».