Kada per daug gero virsta blogu dalyku? Štai toks klausimas Džonatanas Klaussenas, docentas prie Ajovos valstijos universiteto Mechanikos inžinerijos katedra, o jo tyrėjų komanda siekia padėti ūkininkams atsakyti į klausimus apie pesticidų naudojimą. Netinkamas naudojimas gali pakenkti ūkininkų pasėliams, o per didelis naudojimas gali nutekėti į dirvą arba vandens kelius.
Claussenas ir jo komanda sukūrė lankstų, nebrangų ir vienkartinį biojutiklį, galintį aptikti pesticidus dirvožemyje. Šis biojutiklis pagamintas iš grafeno, stiprios ir stabilios nanodalelės, ir suteikia momentinį grįžtamąjį ryšį, o ne laiką ir pinigus, kurių kitu atveju prireiktų siųsti mėginį į laboratoriją ir laukti rezultatų.
USDA Nacionalinis maisto ir žemės ūkio institutas parėmė projektą su an Žemės ūkio ir maisto tyrimų iniciatyva dotacija kaip dalis Nanotechnologijų programa.
Biosensorius pagamintas iš pradžių spausdinant grafeno rašalą ant popieriaus. Tada lazeris nubraukia rašalą, kad pagerintų jo elektrinį laidumą, suvirindamas grafeno rašalo dribsnius, sudarydamas nanostruktūrinį trijų matmenų paviršių.
„Dribsniai beveik atrodo kaip rožių žiedlapiai, kylantys nuo popieriaus paviršiaus“, – sakė Claussenas. „Jie sudaro pagrindą dirvožemiui išbandyti.
Norėdami tai padaryti, biosensorius panardinamas į dirvožemio ir vandens srutą. Tada jis prijungiamas prie elektrocheminio skaitytuvo lauke, kad būtų patikrintas pesticidas.
„Tai tarsi pH bandymo juostelė“, – sakė Claussenas. Bandymų rezultatai gali padėti ūkininkams greitai suprasti, kiek pesticidų reikia norint išlaikyti sveikus pasėlius ir sumažinti žalą aplinkai. Be to, rezultatai gali padėti ūkininkams suprasti, kur gali prireikti aplinkos ištaisymo, jei pesticidų naudojimas yra akivaizdus.
Biosensorius turi didelį potencialą naudoti ne tik žemės ūkio bendruomenėje. Jo savybes galima konvertuoti į biomedicinos, aplinkos ar maisto saugos srityse, tiesiog pakeičiant biologinius komponentus, kurie yra imobilizuoti ant jo.
„Šiame projekte mane labiausiai žavi jo poveikis realiame pasaulyje“, – sakė Claussenas. „Grafeno jutikliams nereikia naudoti tauriųjų metalų, kurie paprastai naudojami elektrocheminių jutiklių našumui padidinti. Todėl [šią] technologiją tikrai galėtų naudoti masės lanksčiai / nebrangiai elektronikai ir jutikliams.
– Selina Meiners, Nacionalinis maisto ir žemės ūkio institutas
Šaltinis: USDA tinklaraštis