Un equip d'investigadors d'universitats d'Escòcia, Portugal i Alemanya ha desenvolupat un sensor que pot ajudar a detectar la presència de pesticides en concentracions molt baixes en mostres d'aigua.
El seu treball, descrit en un nou article publicat avui a la revista Polymer Materials and Engineering, podria fer que el control de l'aigua sigui més ràpid, fàcil i econòmic.
Els pesticides s'utilitzen àmpliament en l'agricultura arreu del món per evitar pèrdues de collites. Tanmateix, cal anar amb compte, ja que fins i tot petites fuites al sòl, a les aigües subterrànies o a l'aigua de mar poden causar danys a la salut humana, animal i ambiental.
El control ambiental regular és essencial per minimitzar la contaminació de l'aigua, de manera que es puguin prendre mesures ràpides quan es detecten pesticides en mostres d'aigua. Actualment, les proves de pesticides se solen fer en condicions de laboratori mitjançant mètodes com la cromatografia i l'espectrometria de masses.
Tot i que aquestes proves proporcionen resultats fiables i precisos, poden ser llargues i costoses de realitzar. Una alternativa prometedora és una eina d'anàlisi química anomenada dispersió Raman millorada a la superfície (SERS).
Quan la llum incideix sobre una molècula, es dispersa a diferents freqüències segons l'estructura molecular de la molècula. La SERS permet als científics detectar i identificar la quantitat de molècules residuals en una mostra de prova adsorbida sobre una superfície metàl·lica analitzant la "empremta digital" única de la llum dispersada per les molècules.
Aquest efecte es pot millorar modificant la superfície metàl·lica perquè pugui adsorbir molècules, millorant així la capacitat del sensor per detectar baixes concentracions de molècules a la mostra.
L'equip de recerca es va proposar desenvolupar un nou mètode de prova més portàtil que pogués adsorbir molècules a mostres d'aigua utilitzant materials impresos en 3D disponibles i proporcionar resultats inicials precisos sobre el terreny.
Per fer-ho, van estudiar diversos tipus d'estructures cel·lulars fetes d'una barreja de polipropilè i nanotubs de carboni de paret múltiple. Els edificis es van crear utilitzant filaments fosos, un tipus comú d'impressió 3D.
Mitjançant tècniques tradicionals de química humida, es dipositen nanopartícules de plata i or a la superfície de l'estructura cel·lular per permetre un procés de dispersió Raman millorat a la superfície.
Van provar la capacitat de diverses estructures de materials cel·lulars impreses en 3D per absorbir i adsorbir molècules del colorant orgànic blau de metilè, i després les van analitzar mitjançant un espectròmetre Raman portàtil.
Els materials que van obtenir millors resultats a les proves inicials (dissenys de xarxa (estructures cel·lulars periòdiques) unides a nanopartícules de plata) es van afegir a la tira de prova. Es van afegir petites quantitats d'insecticides reals (Siram i paraquat) a mostres d'aigua de mar i aigua dolça i es van col·locar en tires de prova per a l'anàlisi SERS.
L'aigua s'agafa de la desembocadura del riu a Aveiro, Portugal, i d'aixetes de la mateixa zona, que es proven regularment per controlar eficaçment la contaminació de l'aigua.
Els investigadors van descobrir que les tires eren capaces de detectar dues molècules de pesticides en concentracions tan baixes com 1 micromol, cosa que equival a una molècula de pesticides per milió de molècules d'aigua.
El professor Shanmugam Kumar, de l'Escola d'Enginyeria James Watt de la Universitat de Glasgow, és un dels autors de l'article. Aquest treball es basa en la seva recerca sobre l'ús de la tecnologia d'impressió 3D per crear xarxes estructurals nanoenginyeritzades amb propietats úniques.
«Els resultats d'aquest estudi preliminar són molt encoratjadors i mostren que aquests materials de baix cost es poden utilitzar per produir sensors per a SERS per detectar pesticides, fins i tot a concentracions molt baixes.»
La Dra. Sara Fateixa, de l'Institut de Materials CICECO d'Aveiro de la Universitat d'Aveiro i coautora de l'article, ha desenvolupat nanopartícules de plasma que donen suport a la tecnologia SERS. Tot i que aquest article examina la capacitat del sistema per detectar tipus específics de contaminants de l'aigua, la tecnologia es podria aplicar fàcilment per controlar la presència de contaminants de l'aigua.
Data de publicació: 24 de gener de 2024