Tým výzkumníků z univerzit ve Skotsku, Portugalsku a Německu vyvinul senzor, který může pomoci 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 zrychlit, zjednodušit a zlevnit monitorování vody.
Pesticidy jsou široce používány v zemědělství po celém světě, aby se zabránilo ztrátám plodin.Je však třeba postupovat opatrně, protože i malé úniky do půdy, podzemní nebo mořské vody mohou poškodit zdraví lidí, zvířat a životního prostředí.
Pravidelné monitorování životního prostředí je nezbytné pro minimalizaci kontaminace vody, aby bylo možné rychle zasáhnout, když 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 nákladné.Jednou slibnou alternativou je nástroj pro chemickou analýzu nazvaný Ramanův rozptyl (SERS - surface-enhanced Raman Scattering).
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 testovacím vzorku adsorbovaném na kovovém povrchu analýzou jedinečného „otisku prstu“ světla rozptýleného molekulami.
Tento efekt lze zvýšit úpravou povrchu kovu tak, aby mohl adsorbovat molekuly, čímž se zlepší schopnost senzoru detekovat nízké koncentrace molekul ve vzorku.
Výzkumný tým se rozhodl vyvinout novou, přenosnější testovací metodu, která by mohla adsorbovat molekuly do vzorků vody pomocí dostupných 3D tištěných materiálů a poskytnout přesné počáteční výsledky v terénu.
Aby tak učinili, studovali několik různých typů buněčných struktur vyrobených ze směsi polypropylenu a vícestěnných uhlíkových nanotrubic.Budovy byly vytvořeny pomocí roztavených filamentů, což je běžný typ 3D tisku.
Pomocí tradičních technik mokré chemie se nanočástice stříbra a zlata ukládají na povrch buněčné struktury, aby se umožnil proces Ramanova rozptylu se zesíleným povrchem.
Testovali schopnost několika různých 3D tištěných struktur buněčného materiálu absorbovat a adsorbovat molekuly organického barviva methylenové modři a poté je analyzovat pomocí přenosného Ramanova spektrometru.
Materiály, které si vedly nejlépe v počátečních testech – mřížkové designy (periodické buněčné struktury) vázané na nanočástice stříbra – byly poté přidány do testovacího proužku.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 účinně monitorovaly znečištění vody.
Vědci 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 University of Glasgow je jedním z autorů článku.Tato práce navazuje na jeho výzkum využití technologie 3D tisku k vytvoření nanoinženýrských strukturních 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 ve velmi nízkých koncentracích."
Dr. Sara Fateixa z CICECO Aveiro Materials Institute na University of Aveiro, spoluautorka článku, vyvinula plazmové nanočástice, které podporují technologii SERS.Zatímco tento dokument zkoumá schopnost systému detekovat specifické typy kontaminantů vody, technologii lze snadno použít k monitorování přítomnosti kontaminantů vody.
Čas odeslání: 24. ledna 2024