Μια ομάδα ερευνητών από πανεπιστήμια της Σκωτίας, της Πορτογαλίας και της Γερμανίας ανέπτυξε έναν αισθητήρα που μπορεί να βοηθήσει στην ανίχνευση της παρουσίας φυτοφαρμάκων σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις σε δείγματα νερού.
Η εργασία τους, που περιγράφεται σε μια νέα δημοσίευση στο περιοδικό Polymer Materials and Engineering, θα μπορούσε να κάνει την παρακολούθηση του νερού ταχύτερη, ευκολότερη και φθηνότερη.
Τα φυτοφάρμακα χρησιμοποιούνται ευρέως στη γεωργία σε όλο τον κόσμο για την πρόληψη απωλειών στις καλλιέργειες. Ωστόσο, πρέπει να δίνεται προσοχή, καθώς ακόμη και μικρές διαρροές στο έδαφος, τα υπόγεια ύδατα ή το θαλασσινό νερό μπορούν να προκαλέσουν βλάβη στην υγεία των ανθρώπων, των ζώων και του περιβάλλοντος.
Η τακτική παρακολούθηση του περιβάλλοντος είναι απαραίτητη για την ελαχιστοποίηση της μόλυνσης του νερού, ώστε να μπορούν να ληφθούν άμεσα μέτρα όταν ανιχνεύονται φυτοφάρμακα σε δείγματα νερού. Επί του παρόντος, οι δοκιμές φυτοφαρμάκων συνήθως πραγματοποιούνται σε εργαστηριακές συνθήκες χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως η χρωματογραφία και η φασματομετρία μάζας.
Ενώ αυτές οι δοκιμές παρέχουν αξιόπιστα και ακριβή αποτελέσματα, η εκτέλεσή τους μπορεί να είναι χρονοβόρα και δαπανηρή. Μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση είναι ένα εργαλείο χημικής ανάλυσης που ονομάζεται επιφανειακά ενισχυμένη σκέδαση Raman (SERS).
Όταν το φως χτυπά ένα μόριο, σκεδάζεται σε διαφορετικές συχνότητες ανάλογα με τη μοριακή δομή του μορίου. Το SERS επιτρέπει στους επιστήμονες να ανιχνεύουν και να ταυτοποιούν την ποσότητα των υπολειμματικών μορίων σε ένα δείγμα δοκιμής που έχουν προσροφηθεί σε μια μεταλλική επιφάνεια, αναλύοντας το μοναδικό «δακτυλικό αποτύπωμα» του φωτός που σκεδάζεται από τα μόρια.
Αυτό το φαινόμενο μπορεί να ενισχυθεί τροποποιώντας την μεταλλική επιφάνεια έτσι ώστε να μπορεί να προσροφά μόρια, βελτιώνοντας έτσι την ικανότητα του αισθητήρα να ανιχνεύει χαμηλές συγκεντρώσεις μορίων στο δείγμα.
Η ερευνητική ομάδα ξεκίνησε να αναπτύσσει μια νέα, πιο φορητή μέθοδο δοκιμής που θα μπορούσε να προσροφήσει μόρια σε δείγματα νερού χρησιμοποιώντας διαθέσιμα τρισδιάστατα εκτυπωμένα υλικά και να παρέχει ακριβή αρχικά αποτελέσματα στο πεδίο.
Για να το πετύχουν αυτό, μελέτησαν διάφορους τύπους κυτταρικών δομών κατασκευασμένων από ένα μείγμα πολυπροπυλενίου και νανοσωλήνων άνθρακα με πολλαπλά τοιχώματα. Τα κτίρια δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας τηγμένα νήματα, έναν κοινό τύπο τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Χρησιμοποιώντας παραδοσιακές τεχνικές υγρής χημείας, νανοσωματίδια αργύρου και χρυσού εναποτίθενται στην επιφάνεια της κυτταρικής δομής για να επιτρέψουν μια διαδικασία σκέδασης Raman ενισχυμένης στην επιφάνεια.
Δοκίμασαν την ικανότητα αρκετών διαφορετικών τρισδιάστατα εκτυπωμένων κυτταρικών δομών να απορροφούν και να προσροφούν μόρια της οργανικής χρωστικής μπλε του μεθυλενίου και στη συνέχεια τα ανέλυσαν χρησιμοποιώντας ένα φορητό φασματόμετρο Raman.
Τα υλικά που είχαν την καλύτερη απόδοση στις αρχικές δοκιμές – σχέδια πλέγματος (περιοδικές κυτταρικές δομές) συνδεδεμένα με νανοσωματίδια αργύρου – προστέθηκαν στη συνέχεια στην ταινία μέτρησης. Μικρές ποσότητες πραγματικών εντομοκτόνων (Siram και paraquat) προστέθηκαν σε δείγματα θαλασσινού και γλυκού νερού και τοποθετήθηκαν σε ταινίες μέτρησης για ανάλυση SERS.
Το νερό λαμβάνεται από τις εκβολές του ποταμού στο Αβέιρο της Πορτογαλίας και από βρύσες στην ίδια περιοχή, οι οποίες ελέγχονται τακτικά για την αποτελεσματική παρακολούθηση της ρύπανσης των υδάτων.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ταινίες ήταν σε θέση να ανιχνεύσουν δύο μόρια φυτοφαρμάκων σε συγκεντρώσεις μόλις 1 μικρογραμμομόριο, που ισοδυναμεί με ένα μόριο φυτοφαρμάκου ανά εκατομμύριο μόρια νερού.
Ο καθηγητής Shanmugam Kumar, από τη Σχολή Μηχανικών James Watt στο Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης, είναι ένας από τους συγγραφείς της εργασίας. Η παρούσα εργασία βασίζεται στην έρευνά του σχετικά με τη χρήση της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης για τη δημιουργία νανοκατασκευασμένων δομικών πλεγμάτων με μοναδικές ιδιότητες.
«Τα αποτελέσματα αυτής της προκαταρκτικής μελέτης είναι πολύ ενθαρρυντικά και δείχνουν ότι αυτά τα υλικά χαμηλού κόστους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή αισθητήρων για SERS για την ανίχνευση φυτοφαρμάκων, ακόμη και σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις».
Η Δρ. Sara Fateixa από το Ινστιτούτο Υλικών CICECO Aveiro στο Πανεπιστήμιο του Aveiro, συν-συγγραφέας της εργασίας, έχει αναπτύξει νανοσωματίδια πλάσματος που υποστηρίζουν την τεχνολογία SERS. Ενώ η παρούσα εργασία εξετάζει την ικανότητα του συστήματος να ανιχνεύει συγκεκριμένους τύπους ρύπων του νερού, η τεχνολογία θα μπορούσε εύκολα να εφαρμοστεί για την παρακολούθηση της παρουσίας ρύπων του νερού.
Ώρα δημοσίευσης: 24 Ιανουαρίου 2024