Škotijos, Portugalijos ir Vokietijos universitetų tyrėjų komanda sukūrė jutiklį, kuris gali padėti aptikti labai mažas pesticidų koncentracijas vandens mėginiuose.
Jų darbas, aprašytas naujame straipsnyje, paskelbtame šiandien žurnale „Polimerinės medžiagos ir inžinerija“, galėtų pagreitinti, palengvinti ir atpiginti vandens stebėjimą.
Pesticidai plačiai naudojami žemės ūkyje visame pasaulyje, siekiant išvengti derliaus nuostolių. Tačiau reikia būti atsargiems, nes net ir nedideli nuotėkiai į dirvožemį, gruntinius ar jūros vandenis gali pakenkti žmonių, gyvūnų sveikatai ir aplinkai.
Reguliarus aplinkos stebėjimas yra būtinas siekiant sumažinti vandens užterštumą, kad būtų galima greitai imtis veiksmų, kai vandens mėginiuose aptinkama pesticidų. Šiuo metu pesticidų tyrimai paprastai atliekami laboratorinėmis sąlygomis, naudojant tokius metodus kaip chromatografija ir masių spektrometrija.
Nors šie bandymai pateikia patikimus ir tikslius rezultatus, jie gali būti daug laiko ir brangūs. Viena perspektyvi alternatyva yra cheminės analizės įrankis, vadinamas paviršiumi sustiprinta Ramano sklaida (SERS).
Kai šviesa pasiekia molekulę, ji sklaidosi skirtingais dažniais, priklausomai nuo molekulės molekulinės struktūros. SERS leidžia mokslininkams aptikti ir nustatyti likusių molekulių kiekį tiriamajame mėginyje, adsorbuotame ant metalo paviršiaus, analizuojant unikalų šviesos „pirštų atspaudą“, kurį išsklaido molekulės.
Šį efektą galima sustiprinti modifikuojant metalo paviršių taip, kad jis galėtų adsorbuoti molekules, taip pagerinant jutiklio gebėjimą aptikti mažas molekulių koncentracijas mėginyje.
Mokslininkų komanda siekė sukurti naują, labiau nešiojamą bandymo metodą, kuris galėtų adsorbuoti molekules į vandens mėginius, naudojant turimas 3D spausdintas medžiagas, ir pateikti tikslius pradinius rezultatus lauke.
Norėdami tai padaryti, jie tyrė keletą skirtingų tipų ląstelių struktūrų, pagamintų iš polipropileno ir daugiasienių anglies nanovamzdelių mišinio. Pastatai buvo sukurti naudojant išlydytas gijas – įprastą 3D spausdinimo būdą.
Naudojant tradicinius šlapios chemijos metodus, sidabro ir aukso nanodalelės nusodinamos ant ląstelės struktūros paviršiaus, kad būtų galima atlikti paviršiuje sustiprintą Ramano sklaidos procesą.
Jie išbandė kelių skirtingų 3D spausdintų ląstelių medžiagų struktūrų gebėjimą sugerti ir adsorbuoti organinio dažiklio metileno mėlynojo molekules, o tada jas analizavo naudodami nešiojamąjį Ramano spektrometrą.
Medžiagos, kurios geriausiai pasirodė pradiniuose bandymuose – gardelės struktūros (periodinės ląstelių struktūros), sujungtos su sidabro nanodalelėmis, – buvo įdėtos į bandymo juostelę. Nedideli kiekiai tikrų insekticidų (siramo ir parakvato) buvo įdėta į jūros ir gėlo vandens mėginius ir uždėti ant bandymo juostelių SERS analizei.
Vanduo imamas iš upės žiočių Aveire, Portugalijoje, ir iš toje pačioje vietovėje esančių čiaupų, kurie reguliariai tikrinami siekiant veiksmingai stebėti vandens taršą.
Tyrėjai nustatė, kad juostelės sugebėjo aptikti dvi pesticidų molekules, kurių koncentracija buvo vos 1 mikromolis, o tai atitinka vieną pesticidų molekulę milijonui vandens molekulių.
Profesorius Shanmugamas Kumaras iš Džeimso Vato inžinerijos mokyklos Glazgo universitete yra vienas iš straipsnio autorių. Šis darbas remiasi jo tyrimais apie 3D spausdinimo technologijos naudojimą kuriant nanotechnologijomis pagrįstas struktūrines gardeles su unikaliomis savybėmis.
„Šio preliminaraus tyrimo rezultatai yra labai daug žadantys ir rodo, kad šios nebrangios medžiagos gali būti naudojamos SERS jutikliams gaminti, skirtiems pesticidams aptikti net ir labai mažomis koncentracijomis.“
Straipsnio bendraautorė, Aveiro universiteto CICECO Aveiro medžiagų instituto darbuotoja dr. Sara Fateixa sukūrė plazmos nanodaleles, kurios palaiko SERS technologiją. Nors šiame straipsnyje nagrinėjamas sistemos gebėjimas aptikti specifinius vandens teršalų tipus, ši technologija galėtų būti lengvai taikoma vandens teršalų buvimui stebėti.
Įrašo laikas: 2024 m. sausio 24 d.