Skotlannin, Portugalin ja Saksan yliopistojen tutkijaryhmä on kehittänyt anturin, joka voi auttaa havaitsemaan torjunta-aineiden esiintymisen hyvin pieninä pitoisuuksina vesinäytteissä.
Heidän työnsä, joka on kuvattu tänään Polymer Materials and Engineering -lehdessä julkaistussa uudessa artikkelissa, voisi tehdä veden seurannasta nopeampaa, helpompaa ja halvempaa.
Torjunta-aineita käytetään laajalti maataloudessa ympäri maailmaa satotappioiden estämiseksi. Varovaisuutta on kuitenkin noudatettava, sillä pienetkin vuodot maaperään, pohjaveteen tai meriveteen voivat vahingoittaa ihmisten, eläinten ja ympäristön terveyttä.
Säännöllinen ympäristön seuranta on välttämätöntä veden saastumisen minimoimiseksi, jotta voidaan ryhtyä nopeisiin toimiin, kun torjunta-aineita havaitaan vesinäytteissä. Tällä hetkellä torjunta-aineiden testaus tehdään yleensä laboratorio-olosuhteissa käyttäen menetelmiä, kuten kromatografiaa ja massaspektrometriaa.
Vaikka nämä testit tarjoavat luotettavia ja tarkkoja tuloksia, ne voivat olla aikaa vieviä ja kalliita suorittaa. Yksi lupaava vaihtoehto on kemiallinen analyysityökalu nimeltä pinta-avusteinen Raman-sironta (SERS).
Kun valo osuu molekyyliin, se siroaa eri taajuuksilla molekyylin rakenteesta riippuen. SERS antaa tutkijoille mahdollisuuden havaita ja tunnistaa metallipinnalle adsorboituneiden jäännösmolekyylien määrän testinäytteessä analysoimalla molekyylien siroaman valon ainutlaatuista "sormenjälkeä".
Tätä vaikutusta voidaan tehostaa muokkaamalla metallipintaa niin, että se voi adsorboida molekyylejä, mikä parantaa anturin kykyä havaita pieniä molekyylipitoisuuksia näytteessä.
Tutkimusryhmä ryhtyi kehittämään uutta, kannettavampaa testimenetelmää, joka voisi adsorboida molekyylejä vesinäytteisiin käyttämällä saatavilla olevia 3D-tulostettuja materiaaleja ja tarjota tarkkoja alustavia tuloksia kentällä.
Tätä varten he tutkivat useita erityyppisiä solurakenteita, jotka oli valmistettu polypropeenin ja moniseinäisten hiilinanoputkien seoksesta. Rakennukset luotiin käyttämällä sulatettuja filamentteja, jotka ovat yleinen 3D-tulostuksen menetelmä.
Perinteisiä märkäkemian tekniikoita käyttäen hopea- ja kulta-nanopartikkeleita kerrostetaan solurakenteen pinnalle, mikä mahdollistaa pinta-aktiivisen Raman-sirontaprosessin.
He testasivat useiden erilaisten 3D-tulostettujen solumateriaalirakenteiden kykyä absorboida ja adsorboida orgaanisen väriaineen, metyleenisinin, molekyylejä ja analysoivat niitä sitten kannettavalla Raman-spektrometrillä.
Alkuperäisissä testeissä parhaiten menestyneet materiaalit – hopeananopartikkeleihin sidotut hilarakenteet (jaksolliset solurakenteet) – lisättiin sitten testiliuskalle. Pieniä määriä oikeita hyönteismyrkkyjä (Siram ja parakvaatti) lisättiin merivesi- ja makean veden näytteisiin ja asetettiin testiliuskoille SERS-analyysiä varten.
Vesi otetaan Aveirossa, Portugalissa, joen suulta ja saman alueen hanoista, joita testataan säännöllisesti veden saastumisen tehokkaan seurannan varmistamiseksi.
Tutkijat havaitsivat, että liuskat pystyivät havaitsemaan kaksi torjunta-ainemolekyyliä jopa yhden mikromoolin pitoisuuksina, mikä vastaa yhtä torjunta-ainemolekyyliä miljoonaa vesimolekyyliä kohden.
Yksi artikkelin kirjoittajista on professori Shanmugam Kumar Glasgow'n yliopiston James Wattin teknillisestä tiedekunnasta. Työ pohjautuu hänen tutkimukseensa 3D-tulostusteknologian käytöstä ainutlaatuisia ominaisuuksia omaavien nanoteknisten rakenteellisten hilojen luomiseksi.
"Tämän alustavan tutkimuksen tulokset ovat erittäin rohkaisevia ja osoittavat, että näitä edullisia materiaaleja voidaan käyttää SERS-sensoreiden valmistukseen torjunta-aineiden havaitsemiseksi jopa hyvin pieninä pitoisuuksina."
Artikkelin toinen kirjoittaja, tohtori Sara Fateixa CICECO Aveiron materiaali-instituutista Aveiron yliopistosta, on kehittänyt plasmananohiukkasia, jotka tukevat SERS-teknologiaa. Vaikka tässä artikkelissa tarkastellaan järjestelmän kykyä havaita tietyntyyppisiä veden epäpuhtauksia, teknologiaa voitaisiin helposti soveltaa veden epäpuhtauksien esiintymisen seurantaan.
Julkaisun aika: 24. tammikuuta 2024