Die Ingenieurin

Forscher von Universitäten in Schottland, Portugal und Deutschland haben einen neuartigen 3D-gedruckten Sensor entwickelt, der in der Lage ist, sehr geringe Konzentrationen von Pestiziden im Wasser zu erkennen.

Das in der Fachzeitschrift „Macromolecular Materials and Engineering“ beschriebene Gerät verwendet ein chemisches Analysetool namens Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS), das die Wechselwirkung von Licht mit Molekülen analysiert, um die Zusammensetzung von Probenmaterialien zu ermitteln. Wenn Licht auf Moleküle trifft, wird es je nach Molekülstruktur auf eine Weise gestreut, die deutlich unterschiedliche Frequenzen aufweist.

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Das Forschungsteam entwickelte eine neue, tragbarere Testmethode, die erschwingliche, 3D-gedruckte Materialien verwenden könnte, um Moleküle aus Wasserproben zu adsorbieren und vor Ort genaue erste Ergebnisse zu liefern. Sie testeten die Fähigkeit verschiedener Architekturdesigns der 3D-gedruckten Zellmaterialien, Moleküle eines organischen Farbstoffs namens Methylenblau aufzunehmen und zu adsorbieren, bevor sie sie mit einem tragbaren Raman-Spektrometer analysierten. Es wurde festgestellt, dass Teststreifen, die Silbernanopartikel enthalten, in der Lage sind, Pestizidmoleküle in Konzentrationen von nur einem Mikromolar nachzuweisen – das entspricht einem Molekül Pestizid pro einer Million Molekülen Wasser.

„SERS ist eine wertvolle Diagnosetechnik mit Anwendungen in einem breiten Spektrum verschiedener Bereiche“, sagte der korrespondierende Autor Professor Shanmugam Kumar von der James Watt School of Engineering der Universität Glasgow. „Das von uns entwickelte Sensorsubstratmaterial profitiert von einer optimalen Kombination aus der großen Oberfläche des auf Nanokohlenstoffbasis konstruierten Gitters und den bemerkenswerten optischen Eigenschaften der metallischen Nanopartikel.

„Die Wechselwirkung des starken lokalen elektromagnetischen Feldes in den metallischen Nanopartikeln und der chemischen Mechanismen des kohlenstoffhaltigen Materials schafft eine hochaktive Oberfläche für die SERS-Analyse. Die Ergebnisse dieser ersten Studie sind sehr ermutigend und zeigen, dass diese kostengünstigen Materialien zur Herstellung verwendet werden können.“ Sensoren für den SERS-Nachweis von Pestiziden auch bei sehr geringen Konzentrationen.“

Laut Co-Autorin Dr. Sara Fateixa vom CICECO Aveiro Institute of Materials der Universität Aveiro in Portugal könnte das Gerät potenzielle Anwendungen haben, die über die Wasserüberwachung hinausgehen.

„Während dieser Artikel das Potenzial des Systems untersucht, bestimmte Arten von Wasserschadstoffen zu erkennen, könnte die Technik leicht angepasst werden, um das Vorhandensein einer breiten Palette von Chemikalien in Proben zu überwachen“, sagte Dr. Fateixa, der die plasmonischen Nanopartikel entworfen hat, die das ermöglichen SERS-Technik.

„In der Landwirtschaft zum Beispiel darf die Milch von Rindern, die sich von einer Krankheit erholen, die mit Antibiotika behandelt wurde, erst verkauft werden, nachdem das Medikament ihren Organismus verlassen hat „Wieder auf den Markt zu bringen, ist teuer, aber unsere diagnostischen Materialien könnten so abgestimmt werden, dass sie zuverlässige Ergebnisse viel kostengünstiger liefern. Wir freuen uns darauf, dieses vielversprechende Sensormaterial für den Einsatz in SERS-Anwendungen weiterzuentwickeln.“