Zespół badaczy z uniwersytetów w Szkocji, Portugalii i Niemczech opracował czujnik, który może pomóc w wykrywaniu obecności pestycydów w bardzo niskich stężeniach w próbkach wody.
Ich badania, opisane w nowym artykule opublikowanym dzisiaj w czasopiśmie Polymer Materials and Engineering, mogą sprawić, że monitorowanie wody stanie się szybsze, łatwiejsze i tańsze.
Pestycydy są powszechnie stosowane w rolnictwie na całym świecie, aby zapobiegać stratom plonów. Należy jednak zachować ostrożność, ponieważ nawet niewielkie wycieki do gleby, wód gruntowych lub wody morskiej mogą być szkodliwe dla zdrowia ludzi, zwierząt i środowiska.
Regularny monitoring środowiska jest niezbędny do minimalizacji zanieczyszczenia wody, aby można było podjąć szybkie działania w przypadku wykrycia pestycydów w próbkach wody. Obecnie badania na obecność pestycydów przeprowadza się zazwyczaj w warunkach laboratoryjnych, stosując metody takie jak chromatografia i spektrometria mas.
Chociaż testy te zapewniają wiarygodne i dokładne wyniki, ich wykonanie może być czasochłonne i kosztowne. Obiecującą alternatywą jest narzędzie do analizy chemicznej zwane rozpraszaniem Ramana wzmocnionym powierzchniowo (SERS).
Gdy światło pada na cząsteczkę, rozprasza się z różną częstotliwością, w zależności od jej struktury molekularnej. SERS pozwala naukowcom wykryć i określić ilość cząsteczek resztkowych w próbce testowej zaadsorbowanej na powierzchni metalu, analizując unikalny „odcisk palca” światła rozproszonego przez cząsteczki.
Efekt ten można wzmocnić, modyfikując powierzchnię metalu tak, aby mogła adsorbować cząsteczki, zwiększając w ten sposób zdolność czujnika do wykrywania niskich stężeń cząsteczek w próbce.
Zespół badawczy postawił sobie za cel opracowanie nowej, bardziej przenośnej metody badawczej, która mogłaby adsorbować cząsteczki w próbkach wody przy użyciu dostępnych materiałów drukowanych w technologii 3D i dostarczać dokładne wstępne wyniki w terenie.
W tym celu zbadali kilka różnych typów struktur komórkowych wykonanych z mieszanki polipropylenu i wielościennych nanorurek węglowych. Budynki powstały przy użyciu stopionych włókien, powszechnego rodzaju druku 3D.
Stosując tradycyjne techniki chemii mokrej, nanocząsteczki srebra i złota osadzane są na powierzchni struktury komórkowej, co umożliwia powierzchniowo wzmocniony proces rozpraszania Ramana.
Przetestowali zdolność kilku różnych struktur komórek wydrukowanych w 3D do absorbowania i adsorpcji cząsteczek organicznego barwnika błękitu metylenowego, a następnie przeanalizowali je przy użyciu przenośnego spektrometru Ramana.
Materiały, które najlepiej wypadły w początkowych testach – struktury sieciowe (periodyczne struktury komórkowe) związane z nanocząsteczkami srebra – zostały następnie dodane do paska testowego. Niewielkie ilości prawdziwych insektycydów (siramu i paraquatu) dodano do próbek wody morskiej i słodkiej, a następnie umieszczono na paskach testowych w celu przeprowadzenia analizy SERS.
Wodę pobiera się z ujścia rzeki w Aveiro w Portugalii oraz z kranów w tym samym regionie, które są regularnie badane w celu skutecznego monitorowania stopnia zanieczyszczenia wody.
Naukowcy odkryli, że paski są w stanie wykryć dwie cząsteczki pestycydów w stężeniach tak niskich jak 1 mikromol, co odpowiada jednej cząsteczce pestycydu na milion cząsteczek wody.
Profesor Shanmugam Kumar z James Watt School of Engineering na Uniwersytecie w Glasgow jest jednym z autorów artykułu. Praca ta opiera się na jego badaniach nad wykorzystaniem technologii druku 3D do tworzenia nanostruktur o unikalnych właściwościach.
„Wyniki tego wstępnego badania są bardzo obiecujące i pokazują, że te niedrogie materiały można wykorzystać do produkcji czujników SERS umożliwiających wykrywanie pestycydów nawet w bardzo niskich stężeniach”.
Dr Sara Fateixa z Instytutu Materiałów CICECO Aveiro na Uniwersytecie w Aveiro, współautorka artykułu, opracowała nanocząstki plazmowe, które wspierają technologię SERS. Chociaż artykuł analizuje zdolność systemu do wykrywania określonych rodzajów zanieczyszczeń wody, technologia ta może być z łatwością zastosowana do monitorowania obecności zanieczyszczeń w wodzie.
Czas publikacji: 24-01-2024