Инженер

Исследователи из университетов Шотландии, Португалии и Германии разработали новый тип 3D-печатного датчика, способного обнаруживать очень низкие концентрации пестицидов в воде.

Описанное в журнале Macromolecular Materials and Engineering устройство использует инструмент химического анализа, называемый поверхностно-усиленным комбинационным рассеянием (SERS), который анализирует взаимодействие света с молекулами для определения состава материалов образца. Когда свет попадает на молекулы, он рассеивается с совершенно разными частотами в зависимости от молекулярной структуры.

ПОДРОБНЕЕ О МАТЕРИАЛАХ

Исследовательская группа разработала новый, более портативный метод тестирования, который может использовать доступные материалы, напечатанные на 3D-принтере, для адсорбции молекул из проб воды и получения точных первоначальных результатов в полевых условиях. Они проверили способность нескольких различных конструкций клеточных материалов, напечатанных на 3D-принтере, поглощать и адсорбировать молекулы органического красителя под названием метиленовый синий, прежде чем анализировать их с помощью портативного рамановского спектрометра. Было обнаружено, что тест-полоски, содержащие наночастицы серебра, способны обнаруживать молекулы пестицидов в концентрациях всего в один микромоляр, что эквивалентно одной молекуле пестицида на миллион молекул воды.

«SERS — ценный диагностический метод, имеющий применение в самых разных областях», — сказал автор, профессор Шанмугам Кумар из Инженерной школы Джеймса Уотта Университета Глазго. «Материал подложки сенсора, который мы разработали, имеет оптимальное сочетание большой площади поверхности решетки, спроектированной на основе наноуглеродов, и замечательных оптических свойств металлических наночастиц.

«Взаимодействие сильного локального электромагнитного поля в металлических наночастицах и химических механизмов углеродистого материала создает высокоактивную поверхность для SERS-анализа. Результаты этого первоначального исследования очень обнадеживают, показывая, что эти недорогие материалы могут быть использованы для производства датчики для SERS-обнаружения пестицидов даже в очень низких концентрациях».

По словам соавтора доктора Сары Фатейши из Института материалов CICECO Авейру в Португалии, устройство может найти потенциальное применение, помимо мониторинга воды.

«Хотя в этой статье рассматривается потенциал системы для обнаружения конкретных типов загрязнителей воды, этот метод можно легко адаптировать для мониторинга присутствия широкого спектра химических веществ в образцах», — сказал доктор Фатейша, который разработал плазмонные наночастицы, которые позволяют Техника SERS.

«Например, в сельском хозяйстве молоко крупного рогатого скота, выздоравливающего от болезни, которую лечили антибиотиками, нельзя продавать до тех пор, пока лекарство не выйдет из организма. В настоящее время проводятся тесты, которые доказывают, что их молоко готово к использованию. Вернувшись на рынок, они дороги, но наши диагностические материалы можно настроить так, чтобы они давали надежные результаты гораздо дешевле. Мы с нетерпением ждем продолжения разработки этого очень многообещающего сенсорного материала для использования в приложениях SERS».