Ekipa raziskovalcev z univerz na Škotskem, Portugalskem in v Nemčiji je razvila senzor, ki lahko pomaga zaznati prisotnost pesticidov v zelo nizkih koncentracijah v vzorcih vode.
Njihovo delo, opisano v novem članku, objavljenem danes v reviji Polymer Materials and Engineering, bi lahko pospešilo, olajšalo in pocenilo spremljanje vode.
Pesticidi se v kmetijstvu po vsem svetu pogosto uporabljajo za preprečevanje izgub pridelka. Vendar je potrebna previdnost, saj lahko že majhna uhajanja v tla, podtalnico ali morsko vodo škodujejo zdravju ljudi, živali in okolja.
Redno spremljanje okolja je bistvenega pomena za zmanjšanje onesnaženja vode, da se lahko hitro ukrepa, ko se v vzorcih vode odkrijejo pesticidi. Trenutno se testiranje pesticidov običajno izvaja v laboratorijskih pogojih z metodami, kot sta kromatografija in masna spektrometrija.
Čeprav ti testi zagotavljajo zanesljive in natančne rezultate, so lahko dolgotrajni in dragi za izvedbo. Ena obetavna alternativa je orodje za kemijsko analizo, imenovano površinsko izboljšano Ramanovo sipanje (SERS).
Ko svetloba zadene molekulo, se razprši pri različnih frekvencah, odvisno od molekularne strukture molekule. SERS znanstvenikom omogoča, da zaznajo in identificirajo količino preostalih molekul v testnem vzorcu, adsorbiranih na kovinski površini, z analizo edinstvenega "prstnega odtisa" svetlobe, ki jo razpršijo molekule.
Ta učinek je mogoče okrepiti z modifikacijo kovinske površine, tako da lahko adsorbira molekule, s čimer se izboljša sposobnost senzorja za zaznavanje nizkih koncentracij molekul v vzorcu.
Raziskovalna skupina si je zadala cilj razviti novo, bolj prenosno testno metodo, ki bi lahko adsorbirala molekule v vzorce vode z uporabo razpoložljivih 3D-natisnjenih materialov in zagotovila natančne začetne rezultate na terenu.
Da bi to dosegli, so preučevali več različnih vrst celičnih struktur, izdelanih iz mešanice polipropilena in večstenskih ogljikovih nanocevk. Stavbe so bile ustvarjene z uporabo staljenih filamentov, kar je pogosta vrsta 3D-tiskanja.
Z uporabo tradicionalnih tehnik mokre kemije se na površino celične strukture nanesejo nanodelci srebra in zlata, kar omogoča površinsko izboljšan proces Ramanskega sipanja.
Preizkusili so sposobnost več različnih 3D-natisnjenih celičnih materialnih struktur, da absorbirajo in adsorbirajo molekule organskega barvila metilensko modrega, nato pa so jih analizirali s prenosnim Ramanovim spektrometrom.
Materiali, ki so se v začetnih testih najbolje odrezali – mrežne strukture (periodične celične strukture), vezane na srebrne nanodelce – so bili nato dodani na testni trak. Majhne količine pravih insekticidov (Siram in parakvat) so bile dodane vzorcem morske in sladke vode ter nanesene na testne trakove za SERS analizo.
Voda se zajema iz ustja reke v Aveiru na Portugalskem in iz pip na istem območju, ki se redno testirajo za učinkovito spremljanje onesnaženosti vode.
Raziskovalci so ugotovili, da so trakovi lahko zaznali dve molekuli pesticida v koncentracijah do 1 mikromola, kar je enako eni molekuli pesticida na milijon molekul vode.
Profesor Shanmugam Kumar z inženirske fakultete Jamesa Watta na Univerzi v Glasgowu je eden od avtorjev članka. To delo temelji na njegovih raziskavah o uporabi tehnologije 3D-tiskanja za ustvarjanje nanoinženirskih strukturnih mrež z edinstvenimi lastnostmi.
"Rezultati te predhodne študije so zelo spodbudni in kažejo, da se ti nizkocenovni materiali lahko uporabijo za izdelavo senzorjev za SERS za zaznavanje pesticidov, tudi pri zelo nizkih koncentracijah."
Dr. Sara Fateixa z Inštituta za materiale CICECO Aveiro na Univerzi v Aveiru, soavtorica članka, je razvila plazemske nanodelce, ki podpirajo tehnologijo SERS. Čeprav ta članek preučuje sposobnost sistema za zaznavanje specifičnih vrst onesnaževalcev vode, bi se tehnologija lahko enostavno uporabila za spremljanje prisotnosti onesnaževalcev vode.
Čas objave: 24. januar 2024