Kiedy zbyt wiele dobrych rzeczy staje się złymi? Oto jest pytanie Jonathana Claussena, adiunkt at Wydział Mechaniczny Uniwersytetu Stanowego Iowa, a jego zespół naukowców ma na celu pomóc rolnikom odpowiedzieć, jeśli chodzi o stosowanie pestycydów. Niedostateczne użycie może zaszkodzić uprawom rolników, podczas gdy nadmierne użycie może spowodować spływanie do gleby lub cieków wodnych.
Claussen i jego zespół stworzyli elastyczny, tani i jednorazowy bioczujnik, który może wykrywać pestycydy w glebie. Ten bioczujnik jest wykonany z grafenu, silnej i stabilnej nanocząstki, i zapewnia natychmiastową informację zwrotną, w przeciwieństwie do czasu i pieniędzy, które w przeciwnym razie zajęłoby wysłanie próbki do laboratorium i oczekiwanie na wyniki.
Narodowy Instytut Żywności i Rolnictwa USDA wsparł projekt z Inicjatywa Badań nad Rolnictwem i Żywnością dotacja w ramach Program Nanotechnologii.
Biosensor jest wytwarzany przez pierwsze nadrukowanie tuszu grafenowego na papierze. Następnie laser śledzi po tuszu, aby poprawić jego przewodność elektryczną, spajając ze sobą płatki tuszu grafenowego, tworząc nanostrukturalną powierzchnię, która jest trójwymiarowa.
„Płatki wyglądają prawie jak płatki róż unoszące się z powierzchni papieru” – powiedział Claussen. „Tworzą materiał bazowy do testowania gleby”.
Aby to zrobić, biosensor zanurza się w zawiesinie gleby i wody. Następnie podłącza się go do czytnika elektrochemicznego w terenie, aby przetestować pestycyd.
„To jak pasek testowy pH” — powiedział Claussen. Wyniki testów mogą pomóc rolnikom szybko zrozumieć, ile pestycydów jest potrzebnych do utrzymania zdrowych upraw i zminimalizowania szkód w środowisku. Wyniki mogą również pomóc rolnikom zrozumieć, gdzie może być konieczna rekultywacja środowiska w przypadku ewidentnego nadużywania pestycydów.
Biosensor ma ogromny potencjał do zastosowania poza społecznością rolniczą. Jego właściwości można przekształcić do zastosowań w dziedzinach biomedycznych, środowiskowych lub bezpieczeństwa żywności, po prostu zmieniając składniki biologiczne, które są na nim unieruchomione.
„To, co najbardziej fascynuje mnie w tym projekcie, to jego wpływ na świat rzeczywisty” — powiedział Claussen. „Czujniki grafenowe nie wymagają użycia metali szlachetnych, które są zwykle używane do zwiększenia wydajności czujników elektrochemicznych. Dlatego [ta] technologia naprawdę może być wykorzystywana przez masy do elastycznej/taniej elektroniki i czujników”.
— Selina Meiners, Narodowy Instytut Żywności i Rolnictwa
Źródło: Blog USDA