İskoçya, Portekiz ve Almanya'daki üniversitelerden araştırmacılardan oluşan bir ekip, su örneklerinde çok düşük konsantrasyonlarda pestisit varlığını tespit etmeye yardımcı olabilecek bir sensör geliştirdi.
Polymer Materials and Engineering dergisinde bugün yayımlanan yeni bir makalede açıklanan çalışmaları, su izlemeyi daha hızlı, daha kolay ve daha ucuz hale getirebilir.
Pestisitler, ürün kayıplarını önlemek için dünya genelinde tarımda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, toprağa, yeraltı suyuna veya deniz suyuna küçük sızıntılar bile insan, hayvan ve çevre sağlığına zarar verebileceğinden dikkatli olunmalıdır.
Su kirliliğini en aza indirmek ve su örneklerinde pestisit tespit edildiğinde derhal harekete geçebilmek için düzenli çevresel izleme şarttır. Günümüzde pestisit testleri genellikle kromatografi ve kütle spektrometrisi gibi yöntemler kullanılarak laboratuvar koşullarında yapılmaktadır.
Bu testler güvenilir ve doğru sonuçlar verse de, uygulanması zaman alıcı ve maliyetli olabilir. Umut vadeden bir alternatif, yüzey destekli Raman Saçılımı (SERS) adı verilen bir kimyasal analiz aracıdır.
Işık bir moleküle çarptığında, molekülün moleküler yapısına bağlı olarak farklı frekanslarda saçılır. SERS, bilim insanlarının, moleküller tarafından saçılan ışığın benzersiz "parmak izini" analiz ederek, bir test numunesindeki metal bir yüzeye adsorbe olmuş kalıntı molekül miktarını tespit edip tanımlamalarına olanak tanır.
Bu etki, metal yüzeyinin molekülleri adsorbe edebilecek şekilde değiştirilmesiyle artırılabilir ve böylece sensörün numunedeki düşük molekül konsantrasyonlarını tespit etme yeteneği iyileştirilebilir.
Araştırma ekibi, mevcut 3 boyutlu yazdırılmış malzemeleri kullanarak su örneklerine molekülleri adsorbe edebilen ve sahada doğru ilk sonuçlar sağlayabilen yeni ve daha taşınabilir bir test yöntemi geliştirmeye koyuldu.
Bunu yapmak için, polipropilen ve çok duvarlı karbon nanotüplerin bir karışımından yapılmış çeşitli hücre yapılarını incelediler. Binalar, yaygın bir 3B baskı türü olan erimiş filamentler kullanılarak inşa edildi.
Geleneksel ıslak kimya teknikleri kullanılarak, hücre yapısının yüzeyine gümüş ve altın nanopartikülleri biriktirilerek yüzeyde geliştirilmiş Raman saçılması süreci sağlanır.
Birkaç farklı 3 boyutlu yazdırılmış hücre malzemesi yapısının organik boya metilen mavisi moleküllerini emme ve adsorbe etme yeteneğini test ettiler ve ardından bunları taşınabilir bir Raman spektrometresi kullanarak analiz ettiler.
İlk testlerde en iyi performansı gösteren malzemeler (gümüş nanopartiküllere bağlı kafes tasarımları (periyodik hücresel yapılar)) daha sonra test şeridine eklendi. Deniz suyu ve tatlı su örneklerine az miktarda gerçek insektisit (Siram ve paraquat) eklendi ve SERS analizi için test şeritlerine yerleştirildi.
Su, Portekiz'in Aveiro kentindeki nehir ağzından ve aynı bölgedeki musluklardan alınıyor ve su kirliliğini etkin bir şekilde izlemek için düzenli olarak test ediliyor.
Araştırmacılar, şeritlerin 1 mikromol kadar düşük konsantrasyonlarda iki pestisit molekülünü tespit edebildiğini buldu; bu, bir milyon su molekülü başına bir pestisit molekülüne eşdeğerdir.
Glasgow Üniversitesi James Watt Mühendislik Okulu'ndan Profesör Shanmugam Kumar, makalenin yazarlarından biridir. Bu çalışma, benzersiz özelliklere sahip nano mühendislikli yapısal kafesler oluşturmak için 3B baskı teknolojisinin kullanımına ilişkin araştırmasına dayanmaktadır.
“Bu ön çalışmanın sonuçları oldukça cesaret verici ve bu düşük maliyetli malzemelerin, çok düşük konsantrasyonlarda bile pestisitleri tespit etmek için SERS sensörleri üretmek amacıyla kullanılabileceğini gösteriyor.”
Makalenin ortak yazarlarından Aveiro Üniversitesi CICECO Aveiro Malzeme Enstitüsü'nden Dr. Sara Fateixa, SERS teknolojisini destekleyen plazma nanopartikülleri geliştirdi. Bu makale, sistemin belirli su kirleticilerini tespit etme yeteneğini incelerken, teknoloji su kirleticilerinin varlığını izlemek için de kolayca uygulanabilir.
Gönderi zamanı: 24 Ocak 2024