Tim istraživača sa sveučilišta u Škotskoj, Portugalu i Njemačkoj razvio je senzor koji može pomoći u otkrivanju prisutnosti 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 diljem 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.
Redovito praćenje okoliša ključno je za smanjenje onečišćenja vode kako bi se mogle poduzeti brze mjere kada se u uzorcima vode otkriju pesticidi. Trenutno se testiranje pesticida obično provodi u laboratorijskim uvjetima metodama poput kromatografije i masene spektrometrije.
Iako ovi testovi pružaju pouzdane i točne rezultate, njihova izvedba može biti dugotrajna i skupa. Jedna obećavajuća alternativa je alat za kemijsku analizu nazvan površinski pojačano Ramanovo raspršenje (SERS).
Kada svjetlost pogodi molekulu, ona se raspršuje na različitim frekvencijama ovisno o molekularnoj strukturi molekule. SERS omogućuje znanstvenicima da otkriju i identificiraju količinu preostalih molekula u testnom uzorku adsorbiranih na metalnoj površini analizirajući jedinstveni "otisak prsta" svjetlosti koju raspršuju molekule.
Ovaj učinak može se pojačati modificiranjem metalne površine tako da može adsorbirati molekule, čime se poboljšava sposobnost senzora da detektira niske koncentracije molekula u uzorku.
Istraživački tim krenuo je u razvoj nove, prenosivije metode ispitivanja koja bi mogla adsorbirati molekule u uzorke vode koristeći dostupne 3D tiskane materijale i pružiti točne početne rezultate na terenu.
Kako bi to učinili, proučavali su nekoliko različitih vrsta staničnih struktura izrađenih od mješavine polipropilena i višeslojnih ugljikovih nanocjevčica. Zgrade su stvorene korištenjem rastaljenih filamenata, uobičajene vrste 3D ispisa.
Korištenjem tradicionalnih tehnika mokre kemije, nanočestice srebra i zlata talože se na površinu stanične strukture kako bi se omogućio proces Ramanovog raspršenja s pojačanom površinom.
Testirali su sposobnost nekoliko različitih 3D printanih struktura staničnog materijala da apsorbiraju i adsorbiraju molekule organske boje metilenskog plavog, a zatim su ih analizirali pomoću prijenosnog Ramanovog spektrometra.
Materijali koji su se najbolje pokazali u početnim testovima – rešetkasti uzorci (periodične stanične 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 te stavljene na testne trake za SERS analizu.
Voda se uzima s ušća rijeke u Aveiru u Portugalu i iz slavina u istom području, koje se redovito testiraju kako bi se učinkovito pratilo onečišćenje vode.
Istraživači su otkrili da su trake mogle detektirati dvije molekule pesticida u koncentracijama od samo 1 mikromola, što je ekvivalentno jednoj molekuli pesticida na milijun molekula vode.
Profesor Shanmugam Kumar s James Watt School of Engineering na Sveučilištu u Glasgowu jedan je od autora rada. Ovaj rad nadovezuje se na njegovo istraživanje o korištenju 3D tehnologije ispisa za stvaranje nanoinženjerskih strukturnih rešetki s 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 s Instituta za materijale CICECO Aveiro na Sveučilištu u Aveiru, koautorica rada, razvila je plazma nanočestice koje podržavaju SERS tehnologiju. Iako ovaj rad ispituje sposobnost sustava za otkrivanje specifičnih vrsta onečišćujućih tvari u vodi, tehnologija bi se lako mogla primijeniti za praćenje prisutnosti onečišćujućih tvari u vodi.
Vrijeme objave: 24. siječnja 2024.