Tím výskumníkov z univerzít v Škótsku, Portugalsku a Nemecku vyvinul senzor, ktorý dokáže odhaliť prítomnosť pesticídov vo veľmi nízkych koncentráciách vo vzorkách vody.
Ich práca, opísaná v novom článku publikovanom dnes v časopise Polymer Materials and Engineering, by mohla monitorovanie vody zrýchliť, zjednodušiť a zlacniť.
Pesticídy sa v poľnohospodárstve na celom svete hojne používajú na prevenciu strát úrody. Je však potrebné postupovať opatrne, pretože aj malé úniky do pôdy, podzemnej vody alebo morskej vody môžu spôsobiť poškodenie zdravia ľudí, zvierat a životného prostredia.
Pravidelné monitorovanie životného prostredia je nevyhnutné na minimalizáciu kontaminácie vody, aby bolo možné rýchlo konať, keď sa vo vzorkách vody zistia pesticídy. V súčasnosti sa testovanie pesticídov zvyčajne vykonáva v laboratórnych podmienkach pomocou metód, ako je chromatografia a hmotnostná spektrometria.
Hoci tieto testy poskytujú spoľahlivé a presné výsledky, ich vykonávanie môže byť časovo náročné a drahé. Jednou sľubnou alternatívou je nástroj na chemickú analýzu nazývaný povrchovo zosilnený Ramanov rozptyl (SERS).
Keď svetlo dopadá na molekulu, rozptyľuje sa na rôznych frekvenciách v závislosti od molekulárnej štruktúry molekuly. SERS umožňuje vedcom detekovať a identifikovať množstvo zvyškových molekúl v testovanej vzorke adsorbovaných na kovovom povrchu analýzou jedinečného „odtlačku prsta“ svetla rozptýleného molekulami.
Tento efekt sa dá zosilniť úpravou kovového povrchu tak, aby mohol adsorbovať molekuly, čím sa zlepší schopnosť senzora detekovať nízke koncentrácie molekúl vo vzorke.
Výskumný tím sa rozhodol vyvinúť novú, prenosnejšiu testovaciu metódu, ktorá by mohla adsorbovať molekuly do vzoriek vody s použitím dostupných 3D tlačených materiálov a poskytnúť presné počiatočné výsledky v teréne.
Aby to dosiahli, študovali niekoľko rôznych typov bunkových štruktúr vyrobených zo zmesi polypropylénu a viacvrstvových uhlíkových nanorúrok. Budovy boli vytvorené pomocou roztavených vlákien, čo je bežný typ 3D tlače.
Pomocou tradičných techník mokrej chémie sa na povrch bunkovej štruktúry nanášajú nanočastice striebra a zlata, aby sa umožnil proces Ramanovho rozptylu so zosilneným povrchom.
Testovali schopnosť niekoľkých rôznych 3D tlačených bunkových materiálových štruktúr absorbovať a adsorbovať molekuly organického farbiva metylénovej modrej a potom ich analyzovali pomocou prenosného Ramanovho spektrometra.
Materiály, ktoré v počiatočných testoch dosiahli najlepšie výsledky – mriežkové vzory (periodické bunkové štruktúry) viazané na nanočastice striebra – boli následne pridané na testovací prúžok. Malé množstvá skutočných insekticídov (Siram a paraquat) boli pridané do vzoriek morskej a sladkej vody a umiestnené na testovacie prúžky na analýzu SERS.
Voda sa odoberá z ústia rieky v Aveiro v Portugalsku a z kohútikov v tej istej oblasti, ktoré sa pravidelne testujú, aby sa účinne monitorovalo znečistenie vody.
Výskumníci zistili, že prúžky dokázali detegovať dve molekuly pesticídov v koncentráciách už od 1 mikromólu, čo zodpovedá jednej molekule pesticídu na milión molekúl vody.
Profesor Shanmugam Kumar z James Watt School of Engineering na University of Glasgow je jedným z autorov článku. Táto práca nadväzuje na jeho výskum využitia technológie 3D tlače na vytvorenie nanoinžinierskych štrukturálnych mriežok s jedinečnými vlastnosťami.
„Výsledky tejto predbežnej štúdie sú veľmi povzbudivé a ukazujú, že tieto lacné materiály sa dajú použiť na výrobu senzorov pre SERS na detekciu pesticídov, a to aj pri veľmi nízkych koncentráciách.“
Dr. Sara Fateixa z Inštitútu materiálov CICECO Aveiro na Univerzite v Aveiro, spoluautorka článku, vyvinula plazmové nanočastice, ktoré podporujú technológiu SERS. Hoci tento článok skúma schopnosť systému detegovať špecifické typy kontaminantov vody, technológia by sa dala ľahko použiť na monitorovanie prítomnosti kontaminantov vody.
Čas uverejnenia: 24. januára 2024