Zespół naukowców z uniwersytetów w Szkocji, Portugalii i Niemczech opracował czujnik, który może pomóc wykryć obecność pestycydów w bardzo niskich stężeniach w próbkach wody.
Ich prace, opisane w nowym artykule opublikowanym dzisiaj w czasopiśmie Polymer Materials and Engineering, mogą sprawić, że monitorowanie wody będzie szybsze, łatwiejsze i tańsze.
Pestycydy są szeroko stosowane w rolnictwie na całym świecie w celu zapobiegania stratom w plonach.Należy jednak zachować ostrożność, ponieważ nawet niewielkie wycieki do gleby, wód gruntowych lub morskich mogą powodować szkody dla zdrowia ludzi, zwierząt i środowiska.
Regularne monitorowanie środowiska jest niezbędne, aby zminimalizować zanieczyszczenie wody, aby można było podjąć szybkie działania w przypadku wykrycia pestycydów w próbkach wody.Obecnie badania pestycydów przeprowadza się zwykle w warunkach laboratoryjnych, stosując takie metody, 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 powierzchniowo wzmocnionym rozpraszaniem Ramana (SERS).
Kiedy światło uderza w cząsteczkę, rozprasza się z różnymi częstotliwościami, w zależności od struktury molekularnej cząsteczki.SERS umożliwia naukowcom wykrywanie i identyfikację ilości cząsteczek resztkowych w próbce testowej zaadsorbowanych na powierzchni metalu poprzez analizę unikalnego „odcisku palca” światła rozproszonego przez cząsteczki.
Efekt ten można wzmocnić, modyfikując powierzchnię metalu tak, aby mogła adsorbować cząsteczki, poprawiając w ten sposób zdolność czujnika do wykrywania niskich stężeń cząsteczek w próbce.
Zespół badawczy postanowił opracować nową, bardziej przenośną metodę testową, która mogłaby adsorbować cząsteczki w próbkach wody przy użyciu dostępnych materiałów drukowanych w 3D i zapewniać dokładne wstępne wyniki w terenie.
W tym celu zbadali kilka różnych typów struktur komórkowych wykonanych z mieszaniny polipropylenu i wielościennych nanorurek węglowych.Budynki powstały przy użyciu stopionych włókien, popularnego rodzaju druku 3D.
Stosując tradycyjne techniki mokrej chemii, nanocząsteczki srebra i złota osadzają się na powierzchni struktury komórkowej, aby umożliwić proces rozpraszania Ramana o wzmocnionej powierzchni.
Przetestowali zdolność kilku różnych struktur materiałów komórkowych wydrukowanych w 3D do absorpcji i adsorbcji cząsteczek organicznego barwnika błękitu metylenowego, a następnie przeanalizowali je za pomocą przenośnego spektrometru Ramana.
Następnie do paska testowego dodano materiały, które wypadły najlepiej w początkowych testach – konstrukcje siatkowe (okresowe struktury komórkowe) związane z nanocząsteczkami srebra.Do próbek wody morskiej i słodkiej dodano niewielkie ilości prawdziwych środków owadobójczych (Siram i parakwat) i umieszczono na paskach testowych w celu analizy SERS.
Woda pobierana jest z ujścia rzeki w Aveiro w Portugalii oraz z kranów na tym samym obszarze, które są regularnie testowane pod kątem skutecznego monitorowania zanieczyszczenia wody.
Naukowcy odkryli, że paski były w stanie wykryć dwie cząsteczki pestycydów w stężeniach tak niskich jak 1 mikromol, co odpowiada jednej cząsteczce pestycydu na milion cząsteczek wody.
Jednym z autorów artykułu jest profesor Shanmugam Kumar z James Watt School of Engineering na Uniwersytecie w Glasgow.Praca ta opiera się na jego badaniach nad wykorzystaniem technologii druku 3D do tworzenia nanoinżynieryjnych sieci strukturalnych o unikalnych właściwościach.
„Wyniki tego wstępnego badania są bardzo zachęcające i pokazują, że te niedrogie materiały można wykorzystać do produkcji czujników SERS do wykrywania pestycydów, nawet w bardzo niskich stężeniach”.
Dr Sara Fateixa z Instytutu Materiałów CICECO Aveiro na Uniwersytecie w Aveiro, współautorka pracy, opracowała nanocząstki plazmy wspierające technologię SERS.Chociaż w artykule zbadano zdolność systemu do wykrywania określonych rodzajów zanieczyszczeń wody, technologię tę można z łatwością zastosować do monitorowania obecności zanieczyszczeń wody.
Czas publikacji: 24 stycznia 2024 r