Команда создает минимум

5 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Университетом Глазго

Новая форма недорогого датчика загрязнения воды, напечатанного на 3D-принтере, может произвести фурор в мире мониторинга окружающей среды, говорят его разработчики.

Команда исследователей из университетов Шотландии, Португалии и Германии разработала датчик, который может помочь обнаружить присутствие очень низких концентраций пестицидов в пробах воды.

Их работа, изложенная в новой статье, опубликованной сегодня в журнале Macromolecular Materials and Engineering, может сделать мониторинг воды более быстрым, простым и доступным.

Пестициды широко используются в сельском хозяйстве по всему миру для предотвращения потери урожая. Однако с ними необходимо обращаться осторожно, поскольку даже небольшие разливы в почву, грунтовые или морские воды могут нанести вред здоровью людей, животных и окружающей среды.

Регулярный экологический мониторинг имеет решающее значение для минимизации загрязнения воды, позволяя быстро принять меры при обнаружении пестицидов в пробах воды. В настоящее время испытания пестицидов чаще всего проводятся в лабораторных условиях с использованием таких методов, как хроматография и масс-спектрометрия.

Хотя эти тесты дают надежные и точные результаты, их выполнение требует много времени и денег. Одной из многообещающих альтернатив является инструмент химического анализа, называемый поверхностно-усиленным комбинационным рассеянием (SERS).

Когда свет попадает на молекулы, он рассеивается с совершенно разными частотами в зависимости от молекулярной структуры молекулы. SERS позволяет ученым обнаруживать и идентифицировать остатки молекул в тестовых образцах, адсорбированных на металлической поверхности, путем анализа уникального «отпечатка пальца» того, как молекулы рассеивают свет.

Эффект можно усилить, улучшив поверхность металла, чтобы она могла адсорбировать молекулы, повышая способность датчиков обнаруживать низкие концентрации молекул в образцах.

Исследовательская группа приступила к разработке нового, более портативного метода тестирования, который мог бы использовать доступные материалы, напечатанные на 3D-принтере, для адсорбции молекул из проб воды и получения точных первоначальных результатов в полевых условиях.

Для этого они исследовали несколько различных типов клеточной архитектуры, изготовленных из смесей полипропилена и многостенных углеродных нанотрубок. Архитектуры были изготовлены с использованием плавленых нитей — распространенного типа 3D-печати.

Поверхность клеточной архитектуры была покрыта наночастицами серебра и золота с использованием обычного влажного химического подхода, чтобы обеспечить процесс комбинационного рассеяния света с усилением поверхности.

Они проверили способность нескольких различных конструкций клеточных материалов, напечатанных на 3D-принтере, поглощать и адсорбировать молекулы органического красителя под названием метиленовый синий, прежде чем их проанализировали с помощью портативного рамановского спектрометра.

Самый эффективный материал из этих первоначальных испытаний — конструкция решетки (периодическая ячеистая архитектура) в сочетании с наночастицами серебра — был затем добавлен в тест-полоски. Образцы морской и пресной воды с небольшим количеством настоящих пестицидов, называемых тирамом и паракватом, были помещены на тест-полоски для SERS-анализа.

Вода была взята из устья в Авейру, Португалия, и из кранов в том же районе — местах, которые регулярно подвергаются мониторингу загрязнения воды в реальных условиях.

Исследователи обнаружили, что тест-полоски способны обнаруживать молекулы обоих пестицидов в концентрациях всего в 1 микромоляр, что эквивалентно одной молекуле пестицида в миллионе молекул воды.