Tim istraživača sa univerziteta u Škotskoj, Portugalu i Njemačkoj razvio je senzor koji može pomoći u detekciji prisustva pesticida u vrlo niskim koncentracijama u uzorcima vode.
Njihov rad, opisan u novom radu objavljenom danas u časopisu Polymer Materials and Engineering, mogao bi ubrzati, olakšati i pojeftiniti praćenje vode.
Pesticidi se široko koriste u poljoprivredi širom svijeta kako bi se spriječili gubici usjeva. Međutim, potreban je oprez, jer čak i mala curenja u tlo, podzemne vode ili morsku vodu mogu uzrokovati štetu zdravlju ljudi, životinja i okoliša.
Redovno praćenje okoliša je neophodno kako bi se smanjila kontaminacija vode i kako bi se mogle brzo poduzeti mjere kada se pesticidi otkriju u uzorcima vode. Trenutno se testiranje pesticida obično provodi u laboratorijskim uvjetima korištenjem metoda kao što su hromatografija i masena spektrometrija.
Iako ovi testovi pružaju pouzdane i tačne rezultate, njihovo izvođenje može biti dugotrajno i skupo. Jedna obećavajuća alternativa je alat za hemijsku analizu pod nazivom površinski pojačano Ramanovo raspršenje (SERS).
Kada svjetlost pogodi molekulu, ona se raspršuje na različitim frekvencijama ovisno o molekularnoj strukturi molekule. SERS omogućava naučnicima da detektuju i identificiraju količinu preostalih molekula u testnom uzorku adsorbovanih na metalnoj površini analizirajući jedinstveni "otisak prsta" svjetlosti koju raspršuju molekule.
Ovaj efekat se može poboljšati modifikacijom metalne površine tako da može adsorbovati molekule, čime se poboljšava sposobnost senzora da detektuje niske koncentracije molekula u uzorku.
Istraživački tim je krenuo u razvoj nove, prenosivije metode ispitivanja koja bi mogla adsorbovati molekule u uzorke vode koristeći dostupne 3D štampane materijale i pružiti tačne početne rezultate na terenu.
Da bi to uradili, proučavali su nekoliko različitih tipova ćelijskih struktura napravljenih od mješavine polipropilena i višeslojnih ugljičnih nanocjevčica. Zgrade su stvorene korištenjem rastopljenih filamenata, uobičajene vrste 3D printanja.
Korištenjem tradicionalnih tehnika mokre hemije, nanočestice srebra i zlata se talože na površinu ćelijske strukture kako bi se omogućio proces Ramanovog raspršenja sa poboljšanom površinom.
Testirali su sposobnost nekoliko različitih 3D printanih struktura ćelijskog materijala da apsorbuju i adsorbuju molekule organske boje metilen plave, a zatim su ih analizirali pomoću prenosivog Ramanovog spektrometra.
Materijali koji su se najbolje pokazali u početnim testovima – rešetkasti dizajni (periodične ćelijske strukture) vezani za nanočestice srebra – zatim su dodani na testnu traku. Male količine pravih insekticida (Siram i parakvat) dodane su u uzorke morske i slatke vode i stavljene na testne trake za SERS analizu.
Voda se uzima iz ušća rijeke u Aveiru, u Portugalu, i iz slavina u istom području, koje se redovno testiraju kako bi se efikasno pratilo zagađenje vode.
Istraživači su otkrili da su trake mogle detektovati dva molekula pesticida u koncentracijama od samo 1 mikromola, što je ekvivalentno jednom molekulu pesticida na milion molekula vode.
Profesor Shanmugam Kumar sa Inženjerskog fakulteta James Watt Univerziteta u Glasgowu jedan je od autora ovog rada. Ovaj rad se nadovezuje na njegovo istraživanje o upotrebi 3D tehnologije štampanja za stvaranje nanoinženjerskih strukturnih rešetki sa jedinstvenim svojstvima.
„Rezultati ove preliminarne studije su vrlo ohrabrujući i pokazuju da se ovi jeftini materijali mogu koristiti za proizvodnju senzora za SERS za detekciju pesticida, čak i pri vrlo niskim koncentracijama.“
Dr. Sara Fateixa iz Instituta za materijale CICECO Aveiro na Univerzitetu u Aveiru, koautorica rada, razvila je plazma nanočestice koje podržavaju SERS tehnologiju. Iako ovaj rad ispituje sposobnost sistema da detektuje specifične vrste zagađivača vode, tehnologija bi se lako mogla primijeniti za praćenje prisustva zagađivača vode.
Vrijeme objave: 24. januar 2024.