Kedy sa príliš veľa dobrej veci stane zlou vecou? To je otázka Jonathan Claussen, odborný asistent na Katedra strojného inžinierstva Štátnej univerzity v Iowea jeho tím výskumníkov sa snaží pomôcť farmárom odpovedať, pokiaľ ide o používanie pesticídov. Nedostatočné používanie môže poškodiť plodiny poľnohospodárov, zatiaľ čo nadmerné používanie môže viesť k odtoku do pôdy alebo vodných tokov.
Claussen a jeho tím vytvorili flexibilný, lacný a jednorazový biosenzor, ktorý dokáže odhaliť pesticídy v pôde. Tento biosenzor je vyrobený z grafénu, silnej a stabilnej nanočastice, a poskytuje okamžitú spätnú väzbu, na rozdiel od času a peňazí, ktoré by inak vyžadovalo odoslanie vzorky do laboratória a čakanie na výsledky.
Národný inštitút pre výživu a poľnohospodárstvo USDA podporila projekt s an Iniciatíva pre výskum poľnohospodárstva a potravín grant ako súčasť Program nanotechnológie.
Biosenzor sa vyrába najprv vytlačením grafénového atramentu na papier. Laser potom prechádza cez atrament, aby zlepšil jeho elektrickú vodivosť zvarením vločiek grafénového atramentu, čím sa vytvorí nanoštruktúrovaný povrch, ktorý je trojrozmerný.
"Vločky takmer vyzerajú ako lupienky ruží vystupujúce z povrchu papiera," povedal Claussen. "Tvoria základný materiál na testovanie pôdy."
Na tento účel sa biosenzor ponorí do kaše pôdy a vody. Potom je pripojený k elektrochemickej čítačke v teréne na testovanie pesticídov.
"Je to ako prúžok na testovanie pH," povedal Claussen. Výsledky testov môžu pomôcť farmárom rýchlo pochopiť, koľko pesticídov je potrebných na udržanie zdravých plodín a minimalizáciu škôd na životnom prostredí. Výsledky môžu tiež pomôcť poľnohospodárom pochopiť, kde môže byť potrebná náprava životného prostredia, ak je evidentné nadmerné používanie pesticídov.
Biosenzor má veľký potenciál na použitie mimo poľnohospodárskej komunity. Jeho vlastnosti možno premeniť na použitie v oblasti biomedicíny, životného prostredia alebo bezpečnosti potravín jednoduchou výmenou biologických komponentov, ktoré sú na ňom imobilizované.
„Na tomto projekte ma najviac fascinuje jeho vplyv na skutočný svet,“ povedal Claussen. „Grafénové senzory nevyžadujú použitie drahých kovov, ktoré sa zvyčajne používajú na zvýšenie výkonu elektrochemických senzorov. Preto by [túto] technológiu skutočne mohli používať masy pre flexibilnú/nízkonákladovú elektroniku a senzory.
— Selina Meiners, Národný ústav pre výživu a poľnohospodárstvo
Zdroj: Blog USDA