تیمی از محققان دانشگاه‌های اسکاتلند، پرتغال و آلمان حسگری ساخته‌اند که می‌تواند به تشخیص وجود آفت‌کش‌ها در غلظت‌های بسیار کم در نمونه‌های آب کمک کند.
کار آنها، که در مقاله جدیدی که امروز در مجله Polymer Materials and Engineering منتشر شده است، شرح داده شده است، می‌تواند نظارت بر آب را سریع‌تر، آسان‌تر و ارزان‌تر کند.
آفت‌کش‌ها به طور گسترده در کشاورزی در سراسر جهان برای جلوگیری از تلفات محصولات استفاده می‌شوند. با این حال، باید احتیاط کرد، زیرا حتی نشت اندک آنها به خاک، آب‌های زیرزمینی یا آب دریا می‌تواند به سلامت انسان، حیوان و محیط زیست آسیب برساند.
پایش منظم محیطی برای به حداقل رساندن آلودگی آب ضروری است تا در صورت شناسایی آفت‌کش‌ها در نمونه‌های آب، بتوان اقدامات فوری انجام داد. در حال حاضر، آزمایش آفت‌کش‌ها معمولاً در شرایط آزمایشگاهی با استفاده از روش‌هایی مانند کروماتوگرافی و طیف‌سنجی جرمی انجام می‌شود.
اگرچه این آزمایش‌ها نتایج قابل اعتماد و دقیقی ارائه می‌دهند، اما انجام آنها می‌تواند زمان‌بر و پرهزینه باشد. یکی از جایگزین‌های امیدوارکننده، ابزاری برای تجزیه و تحلیل شیمیایی به نام پراکندگی رامان تقویت‌شده سطحی (SERS) است.
وقتی نور به یک مولکول برخورد می‌کند، بسته به ساختار مولکولی مولکول، در فرکانس‌های مختلف پراکنده می‌شود. SERS به دانشمندان این امکان را می‌دهد که با تجزیه و تحلیل «اثر انگشت» منحصر به فرد نور پراکنده شده توسط مولکول‌ها، مقدار مولکول‌های باقیمانده در یک نمونه آزمایشی جذب شده روی سطح فلز را شناسایی و تعیین کنند.
این اثر را می‌توان با اصلاح سطح فلز به گونه‌ای که بتواند مولکول‌ها را جذب کند، افزایش داد و در نتیجه توانایی حسگر را در تشخیص غلظت‌های کم مولکول‌ها در نمونه بهبود بخشید.
تیم تحقیقاتی تصمیم گرفت یک روش آزمایش جدید و قابل حمل‌تر ایجاد کند که بتواند مولکول‌ها را با استفاده از مواد چاپ سه‌بعدی موجود در نمونه‌های آب جذب کند و نتایج اولیه دقیقی را در این زمینه ارائه دهد.
برای انجام این کار، آنها چندین نوع مختلف از ساختارهای سلولی ساخته شده از مخلوطی از پلی پروپیلن و نانولوله‌های کربنی چند جداره را مورد مطالعه قرار دادند. این ساختمان‌ها با استفاده از رشته‌های مذاب، نوع رایجی از چاپ سه‌بعدی، ساخته شدند.
با استفاده از تکنیک‌های سنتی شیمی تر، نانوذرات نقره و طلا روی سطح ساختار سلولی رسوب داده می‌شوند تا فرآیند پراکندگی رامان تقویت‌شده سطحی امکان‌پذیر شود.
آنها توانایی چندین ساختار مختلف مواد سلولی چاپ سه‌بعدی را در جذب و جذب سطحی مولکول‌های رنگ آلی متیلن بلو آزمایش کردند و سپس آنها را با استفاده از یک طیف‌سنج رامان قابل حمل تجزیه و تحلیل کردند.
موادی که در آزمایش‌های اولیه بهترین عملکرد را داشتند - طرح‌های شبکه‌ای (ساختارهای سلولی دوره‌ای) متصل به نانوذرات نقره - سپس به نوار تست اضافه شدند. مقادیر کمی از حشره‌کش‌های واقعی (سیرام و پاراکوات) به نمونه‌های آب دریا و آب شیرین اضافه شده و برای تجزیه و تحلیل SERS روی نوارهای تست قرار داده شدند.
آب از دهانه رودخانه در آویرو، پرتغال، و از شیرهای آب در همان منطقه گرفته می‌شود که به طور منظم برای نظارت مؤثر بر آلودگی آب آزمایش می‌شوند.
محققان دریافتند که این نوارها قادر به تشخیص دو مولکول آفت‌کش در غلظت‌هایی به کمی ۱ میکرومول هستند که معادل یک مولکول آفت‌کش در هر میلیون مولکول آب است.
پروفسور شانموگام کومار، از دانشکده مهندسی جیمز وات در دانشگاه گلاسکو، یکی از نویسندگان این مقاله است. این اثر بر اساس تحقیقات او در زمینه استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی برای ایجاد شبکه‌های ساختاری نانومهندسی‌شده با خواص منحصر به فرد است.
«نتایج این مطالعه اولیه بسیار دلگرم‌کننده است و نشان می‌دهد که می‌توان از این مواد کم‌هزینه برای تولید حسگرهایی برای SERS جهت تشخیص آفت‌کش‌ها، حتی در غلظت‌های بسیار پایین، استفاده کرد.»
دکتر سارا فاتیکسا از موسسه مواد CICECO Aveiro در دانشگاه Aveiro، یکی از نویسندگان این مقاله، نانوذرات پلاسمایی را توسعه داده است که از فناوری SERS پشتیبانی می‌کنند. در حالی که این مقاله توانایی سیستم را در تشخیص انواع خاص آلاینده‌های آب بررسی می‌کند، این فناوری به راحتی می‌تواند برای نظارت بر وجود آلاینده‌های آب به کار رود.
زمان ارسال: ۲۴ ژانویه ۲۰۲۴