Un team di ricercatori provenienti da università scozzesi, portoghesi e tedesche ha sviluppato un sensore in grado di rilevare la presenza di pesticidi in concentrazioni molto basse nei campioni d'acqua.
Il loro lavoro, descritto in un nuovo articolo pubblicato oggi sulla rivista Polymer Materials and Engineering, potrebbe rendere il monitoraggio delle acque più rapido, semplice ed economico.
I pesticidi sono ampiamente utilizzati in agricoltura in tutto il mondo per prevenire le perdite di raccolto. Tuttavia, è necessario prestare attenzione, poiché anche piccole perdite nel suolo, nelle falde acquifere o nell'acqua di mare possono causare danni alla salute umana, animale e ambientale.
Il monitoraggio ambientale regolare è essenziale per ridurre al minimo la contaminazione delle acque, in modo da poter intervenire tempestivamente qualora vengano rilevati pesticidi nei campioni d'acqua. Attualmente, le analisi dei pesticidi vengono generalmente effettuate in laboratorio utilizzando metodi come la cromatografia e la spettrometria di massa.
Sebbene questi test forniscano risultati affidabili e precisi, la loro esecuzione può risultare lunga e costosa. Un'alternativa promettente è rappresentata da uno strumento di analisi chimica chiamato spettroscopia Raman potenziata di superficie (SERS).
Quando la luce colpisce una molecola, si diffonde a frequenze diverse a seconda della struttura molecolare della molecola stessa. La spettroscopia Raman potenziata dalla superficie (SERS) permette agli scienziati di rilevare e identificare la quantità di molecole residue in un campione di prova adsorbite su una superficie metallica, analizzando l'impronta digitale unica della luce diffusa dalle molecole.
Questo effetto può essere potenziato modificando la superficie metallica in modo che possa adsorbire molecole, migliorando così la capacità del sensore di rilevare basse concentrazioni di molecole nel campione.
Il team di ricerca si è prefissato l'obiettivo di sviluppare un nuovo metodo di analisi più portatile, in grado di adsorbire molecole in campioni d'acqua utilizzando materiali stampati in 3D già disponibili e di fornire risultati iniziali accurati sul campo.
A tal fine, hanno studiato diverse tipologie di strutture cellulari realizzate con una miscela di polipropilene e nanotubi di carbonio a pareti multiple. Gli edifici sono stati creati utilizzando filamenti fusi, una tecnica comune di stampa 3D.
Utilizzando tecniche tradizionali di chimica umida, nanoparticelle d'argento e d'oro vengono depositate sulla superficie della struttura cellulare per consentire un processo di spettroscopia Raman potenziata dalla superficie.
Hanno testato la capacità di diverse strutture cellulari stampate in 3D di assorbire e adsorbire molecole del colorante organico blu di metilene, e le hanno poi analizzate utilizzando uno spettrometro Raman portatile.
I materiali che hanno dato i risultati migliori nei test iniziali – strutture reticolari (strutture cellulari periodiche) legate a nanoparticelle d'argento – sono stati poi aggiunti alla striscia reattiva. Piccole quantità di insetticidi reali (Siram e paraquat) sono state aggiunte a campioni di acqua di mare e di acqua dolce e posizionate su strisce reattive per l'analisi SERS.
L'acqua viene prelevata dalla foce del fiume ad Aveiro, in Portogallo, e dai rubinetti della stessa zona, che vengono regolarmente analizzati per monitorare efficacemente l'inquinamento idrico.
I ricercatori hanno scoperto che le strisce erano in grado di rilevare due molecole di pesticidi a concentrazioni basse come 1 micromole, che equivale a una molecola di pesticida per milione di molecole d'acqua.
Il professor Shanmugam Kumar, della James Watt School of Engineering dell'Università di Glasgow, è uno degli autori dell'articolo. Questo lavoro si basa sulla sua ricerca sull'utilizzo della tecnologia di stampa 3D per creare reticoli strutturali nanoingegnerizzati con proprietà uniche.
"I risultati di questo studio preliminare sono molto incoraggianti e dimostrano che questi materiali a basso costo possono essere utilizzati per produrre sensori SERS per rilevare i pesticidi, anche a concentrazioni molto basse."
La dottoressa Sara Fateixa del CICECO Aveiro Materials Institute presso l'Università di Aveiro, coautrice dell'articolo, ha sviluppato nanoparticelle al plasma che supportano la tecnologia SERS. Sebbene questo articolo esamini la capacità del sistema di rilevare specifici tipi di contaminanti nell'acqua, la tecnologia potrebbe essere facilmente applicata per monitorare la presenza di contaminanti nell'acqua.
Data di pubblicazione: 24 gennaio 2024