Tým výzkumníků z univerzit ve Skotsku, Portugalsku a Německu vyvinul senzor, který dokáže detekovat přítomnost pesticidů ve velmi nízkých koncentracích ve vzorcích vody.
Jejich práce, popsaná v novém článku publikovaném dnes v časopise Polymer Materials and Engineering, by mohla monitorování vody zrychlit, usnadnit a zlevnit.
Pesticidy se v zemědělství po celém světě široce používají k prevenci ztrát na úrodě. Je však třeba dbát opatrnosti, protože i malé úniky do půdy, podzemní vody nebo mořské vody mohou způsobit poškození zdraví lidí, zvířat a životního prostředí.
Pravidelné monitorování životního prostředí je nezbytné pro minimalizaci kontaminace vody, aby bylo možné včas zasáhnout, pokud jsou ve vzorcích vody zjištěny pesticidy. V současné době se testování pesticidů obvykle provádí v laboratorních podmínkách pomocí metod, jako je chromatografie a hmotnostní spektrometrie.
I když tyto testy poskytují spolehlivé a přesné výsledky, jejich provedení může být časově náročné a drahé. Jednou slibnou alternativou je nástroj pro chemickou analýzu zvaný povrchově zesílený Ramanův rozptyl (SERS).
Když světlo dopadne na molekulu, rozptyluje se na různých frekvencích v závislosti na molekulární struktuře molekuly. SERS umožňuje vědcům detekovat a identifikovat množství zbytkových molekul v testovaném vzorku adsorbovaných na kovovém povrchu analýzou jedinečného „otisku prstu“ světla rozptýleného molekulami.
Tento efekt lze zesílit úpravou kovového povrchu tak, aby mohl adsorbovat molekuly, čímž se zlepší schopnost senzoru detekovat nízké koncentrace molekul ve vzorku.
Výzkumný tým se vydal na cestu vývoje nové, přenosnější testovací metody, která by mohla adsorbovat molekuly do vzorků vody s využitím dostupných 3D tištěných materiálů a poskytnout přesné počáteční výsledky v terénu.
Za tímto účelem studovali několik různých typů buněčných struktur vyrobených ze směsi polypropylenu a vícevrstvých uhlíkových nanotrubic. Budovy byly vytvořeny pomocí roztavených vláken, což je běžný typ 3D tisku.
Pomocí tradičních technik mokré chemie se na povrch buněčné struktury nanášejí nanočástice stříbra a zlata, což umožňuje proces Ramanova rozptylu se zesíleným povrchem.
Testovali schopnost několika různých 3D tištěných struktur buněčných materiálů absorbovat a adsorbovat molekuly organického barviva methylenové modři a poté je analyzovali pomocí přenosného Ramanova spektrometru.
Materiály, které v úvodních testech osvědčily nejlepší výsledky – mřížkové vzory (periodické buněčné struktury) vázané na nanočástice stříbra – byly poté přidány na testovací proužek. Malá množství skutečných insekticidů (Siram a paraquat) byla přidána do vzorků mořské a sladké vody a umístěna na testovací proužky pro analýzu SERS.
Voda se odebírá z ústí řeky v portugalském Aveiru a z kohoutků ve stejné oblasti, které jsou pravidelně testovány, aby se účinně monitorovalo znečištění vody.
Výzkumníci zjistili, že proužky byly schopny detekovat dvě molekuly pesticidu v koncentracích pouhých 1 mikromol, což odpovídá jedné molekule pesticidu na milion molekul vody.
Profesor Shanmugam Kumar z James Watt School of Engineering na Univerzitě v Glasgow je jedním z autorů článku. Tato práce navazuje na jeho výzkum využití technologie 3D tisku k vytváření nanoinženýrských strukturálních mřížek s jedinečnými vlastnostmi.
„Výsledky této předběžné studie jsou velmi povzbudivé a ukazují, že tyto levné materiály lze použít k výrobě senzorů pro SERS k detekci pesticidů, a to i při velmi nízkých koncentracích.“
Dr. Sara Fateixa z Ústavu materiálů CICECO Aveiro na Univerzitě v Aveiro, spoluautorka článku, vyvinula plazmové nanočástice, které podporují technologii SERS. Ačkoli tento článek zkoumá schopnost systému detekovat specifické typy kontaminantů vody, tato technologie by mohla být snadno použita k monitorování přítomnosti kontaminantů vody.
Čas zveřejnění: 24. ledna 2024