İskoçya, Portekiz ve Almanya'daki üniversitelerden bir araştırma ekibi, su örneklerinde çok düşük konsantrasyonlardaki pestisitlerin varlığını tespit etmeye yardımcı olabilecek bir sensör geliştirdi.
Polymer Materials and Engineering dergisinde bugün yayımlanan yeni bir makalede açıklanan çalışmaları, su izleme işlemlerini daha hızlı, daha kolay ve daha ucuz hale getirebilir.
Pestisitler, dünya genelinde tarımda ürün kayıplarını önlemek için 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. Şu anda pestisit testleri genellikle kromatografi ve kütle spektrometrisi gibi yöntemler kullanılarak laboratuvar koşullarında yapılmaktadır.
Bu testler güvenilir ve doğru sonuçlar sağlasa da, uygulanmaları zaman alıcı ve pahalı olabilir. Umut vadeden bir alternatif ise yüzeyle güçlendirilmiş Raman saçılımı (SERS) adı verilen 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, metal bir yüzeye adsorbe edilmiş bir test örneğindeki artık molekül miktarını tespit etmelerini ve tanımlamalarını sağlar.
Bu etki, metal yüzeyin molekülleri adsorbe edebilecek şekilde modifiye edilmesiyle artırılabilir; böylece sensörün numunedeki düşük konsantrasyonlardaki molekülleri tespit etme yeteneği geliştirilir.
Araştırma ekibi, mevcut 3 boyutlu yazıcı malzemelerini kullanarak su örneklerine molekülleri emebilecek ve sahada doğru ilk sonuçlar sağlayabilecek yeni, daha taşınabilir bir test yöntemi geliştirmeyi hedefledi.
Bunu yapmak için, polipropilen ve çok duvarlı karbon nanotüplerin karışımından yapılmış çeşitli hücre yapılarını incelediler. Yapılar, yaygın bir 3D baskı türü olan erimiş filamentler kullanılarak oluşturuldu.
Geleneksel ıslak kimya teknikleri kullanılarak, gümüş ve altın nanopartiküller hücre yapısının yüzeyine biriktirilerek yüzey destekli Raman saçılımı süreci mümkün kılınmaktadır.
Çeşitli 3 boyutlu yazıcıyla üretilen hücre malzemesi yapılarının, organik boya metilen mavisi moleküllerini emme ve adsorbe etme yeteneklerini test ettiler ve ardından 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. Gerçek böcek ilaçlarının (Siram ve paraquat) küçük miktarları deniz suyuna ve tatlı su örneklerine eklendi ve SERS analizi için test şeritlerine yerleştirildi.
Su, Portekiz'in Aveiro kentindeki nehir ağzından ve aynı bölgedeki musluklardan alınıyor; 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 da bir milyon su molekülü başına bir pestisit molekülüne eşdeğerdir.
Glasgow Üniversitesi James Watt Mühendislik Fakültesi'nden Profesör Shanmugam Kumar, makalenin yazarlarından biridir. Bu çalışma, benzersiz özelliklere sahip nano mühendislik ürünü yapısal kafesler oluşturmak için 3D baskı teknolojisinin kullanımı üzerine yaptığı araştırmalara dayanmaktadır.
"Bu ön çalışmanın sonuçları oldukça cesaret verici ve bu düşük maliyetli malzemelerin, çok düşük konsantrasyonlarda bile pestisitleri tespit etmek için SERS sensörleri üretmekte kullanılabileceğini gösteriyor."
Makalenin ortak yazarlarından, Aveiro Üniversitesi'ndeki 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.
Yayın tarihi: 24 Ocak 2024