Kad pārāk daudz laba kļūst par sliktu? Tāds ir jautājums Džonatans Klausens, docents plkst Aiovas štata universitātes Mašīnbūves katedra, un viņa pētnieku komanda cenšas palīdzēt lauksaimniekiem atbildēt, kad runa ir par pesticīdu lietošanu. Nepietiekama izmantošana var kaitēt lauksaimnieku labībai, savukārt pārmērīga izmantošana var izraisīt noteci augsnē vai ūdensceļos.
Claussen un viņa komanda izveidoja elastīgu, zemu izmaksu un vienreiz lietojamu biosensoru, kas var noteikt pesticīdus augsnē. Šis biosensors ir izgatavots no grafēna, spēcīgas un stabilas nanodaļiņas, un nodrošina tūlītēju atgriezenisko saiti, nevis laiku un naudu, kas citādi būtu nepieciešama, lai nosūtītu paraugu uz laboratoriju un gaidītu rezultātus.
USDA Nacionālais pārtikas un lauksaimniecības institūts atbalstīja projektu ar an Lauksaimniecības un pārtikas pētniecības iniciatīva dotācija kā daļa no Nanotehnoloģiju programma.
Biosensors tiek izgatavots, vispirms uz papīra uzdrukājot grafēna tinti. Pēc tam lāzers izseko tinti, lai uzlabotu tās elektrisko vadītspēju, metinot kopā grafēna tintes pārslas, veidojot nanostrukturētu trīsdimensiju virsmu.
"Pārslas gandrīz izskatās kā rožu ziedlapiņas, kas paceļas no papīra virsmas," sacīja Klausens. "Tie veido pamatmateriālu augsnes pārbaudei."
Lai to izdarītu, biosensoru iemērc augsnes un ūdens vircā. Pēc tam tas tiek savienots ar elektroķīmisko lasītāju uz lauka, lai pārbaudītu pesticīdu.
"Tā ir kā pH testa sloksne," sacīja Klausens. Pārbaužu rezultāti var palīdzēt lauksaimniekiem ātri saprast, cik daudz pesticīdu ir nepieciešams, lai saglabātu veselīgu ražu un samazinātu kaitējumu videi. Turklāt rezultāti var palīdzēt lauksaimniekiem saprast, kur var būt nepieciešama vides atveseļošana, ja ir acīmredzama pesticīdu pārmērīga lietošana.
Biosensoram ir liels potenciāls izmantošanai ārpus lauksaimniecības kopienas. Tās īpašības var pārveidot izmantošanai biomedicīnas, vides vai pārtikas drošības jomās, vienkārši mainot bioloģiskos komponentus, kas ir imobilizēti virs tā.
"Šajā projektā mani visvairāk fascinē reālās pasaules ietekme, ko tas var sniegt," sacīja Klausens. "Grafēna sensoriem nav nepieciešams izmantot dārgmetālus, ko parasti izmanto, lai palielinātu elektroķīmisko sensoru veiktspēju. Tāpēc [šo] tehnoloģiju patiešām varētu izmantot masa elastīgai / zemu izmaksu elektronikai un sensoriem.
- Selīna Meiners, Nacionālais pārtikas un lauksaimniecības institūts
Avots: USDA emuārs