Kdy se příliš mnoho dobré věci stane špatnou věcí? To je otázka Jonathan Claussen, odborný asistent na Katedra strojního inženýrství státní univerzity v Iowěa jeho tým výzkumníků se snaží pomoci farmářům odpovědět, pokud jde o používání pesticidů. Nedostatečné používání může poškodit plodiny zemědělců, zatímco nadměrné používání může mít za následek stékání do půdy nebo vodních toků.
Claussen a jeho tým vytvořili flexibilní, levný a jednorázový biosenzor, který dokáže detekovat pesticidy v půdě. Tento biosenzor je vyroben z grafenu, silné a stabilní nanočástice, a poskytuje okamžitou zpětnou vazbu, na rozdíl od času a peněz, které by jinak zabralo odeslání vzorku do laboratoře a čekání na výsledky.
USDA Národní institut pro potraviny a zemědělství podpořila projekt an Iniciativa pro výzkum zemědělství a potravin grant jako součást Program nanotechnologií.
Biosenzor se vyrábí tak, že se nejprve na papír vytiskne grafenový inkoust. Laser poté obkresluje inkoust, aby zlepšil jeho elektrickou vodivost svařením vloček grafenového inkoustu, čímž vznikne nanostrukturovaný povrch, který je trojrozměrný.
"Vločky skoro vypadají jako okvětní lístky růží vystupující z povrchu papíru," řekl Claussen. "Tvoří základní materiál pro testování půdy."
K tomu je biosenzor ponořen do kaše půdy a vody. Poté je připojen k elektrochemickému snímači v terénu pro testování pesticidů.
"Je to jako testovací proužek pH," řekl Claussen. Výsledky testů mohou farmářům pomoci rychle pochopit, kolik pesticidů je potřeba k udržení zdravých plodin a minimalizaci škod na životním prostředí. Výsledky také mohou zemědělcům pomoci pochopit, kde může být nutná sanace životního prostředí, pokud je evidentní nadměrné používání pesticidů.
Biosenzor má velký potenciál pro použití mimo zemědělskou komunitu. Jeho vlastnosti mohou být převedeny pro použití v oblasti biomedicíny, životního prostředí nebo bezpečnosti potravin, jednoduše změnou biologických složek, které jsou na něm imobilizovány.
„To, co mě na tomto projektu fascinuje nejvíce, je skutečný dopad, který může poskytnout,“ řekl Claussen. „Grafenové senzory nevyžadují použití drahých kovů, které se obvykle používají ke zvýšení výkonu elektrochemických senzorů. Proto by [tuto] technologii skutečně mohly používat masy pro flexibilní/nízkonákladovou elektroniku a senzory.
— Selina Meiners, Národní institut pro výživu a zemědělství
Zdroj: USDA Blog