La squadra crea basso

5 giugno 2023

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dall'Università di Glasgow

Una nuova forma di sensore per l’inquinamento dell’acqua stampato in 3D a basso costo potrebbe fare scalpore nel mondo del monitoraggio ambientale, dicono i suoi sviluppatori.

Un team di ricercatori provenienti da università scozzesi, portoghesi e tedesche ha sviluppato il sensore, che può aiutare a rilevare la presenza di concentrazioni molto basse di pesticidi nei campioni di acqua.

Il loro lavoro, delineato in un nuovo articolo pubblicato oggi sulla rivista Macromolecular Materials and Engineering, potrebbe rendere il monitoraggio dell’acqua più rapido, più semplice e più conveniente.

I pesticidi sono ampiamente utilizzati nell’agricoltura di tutto il mondo per prevenire la perdita dei raccolti. Tuttavia, devono essere maneggiati con attenzione, poiché anche piccoli sversamenti nel suolo, nelle acque sotterranee o nell’acqua di mare possono essere dannosi per la salute umana, animale e ambientale.

Il monitoraggio ambientale regolare è di fondamentale importanza per ridurre al minimo l’inquinamento dell’acqua, consentendo un’azione rapida quando viene rilevata la presenza di pesticidi nei campioni di acqua. Attualmente, i test sui pesticidi vengono spesso eseguiti in ambienti di laboratorio utilizzando tecniche quali la cromatografia e la spettrometria di massa.

Sebbene questi test forniscano risultati affidabili e accurati, la loro esecuzione richiede tempo e denaro. Un’alternativa promettente è uno strumento di analisi chimica chiamato scattering Raman potenziato dalla superficie, o SERS.

Quando la luce colpisce le molecole, si disperde in un modo che ha frequenze nettamente diverse a seconda della struttura molecolare della molecola. Il SERS consente agli scienziati di rilevare e identificare quantità residue di molecole nei campioni di prova adsorbite su una superficie metallica analizzando l'unica "impronta digitale" di come le molecole diffondono la luce.

L'effetto può essere potenziato migliorando la superficie metallica per consentirle di assorbire le molecole, aumentando la capacità dei sensori di rilevare basse concentrazioni di molecole nei campioni.

Il team di ricerca ha deciso di sviluppare un metodo di test nuovo e più portatile che potrebbe utilizzare materiali stampati in 3D a prezzi accessibili per assorbire molecole dai campioni di acqua e fornire risultati iniziali accurati sul campo.

Per fare ciò, hanno esplorato diversi tipi di architetture cellulari costituite da miscele di polipropilene e nanotubi di carbonio a pareti multiple. Le architetture sono state prodotte utilizzando la fabbricazione di filamenti fusi, un tipo comune di stampa 3D.

La superficie delle architetture cellulari è stata rivestita con nanoparticelle di argento e oro utilizzando un comune approccio chimico umido per consentire il processo di diffusione Raman potenziato dalla superficie.

Hanno testato la capacità di diversi progetti architetturali dei materiali cellulari stampati in 3D di assorbire e adsorbire molecole di un colorante organico chiamato blu di metilene, prima che fossero analizzati da uno spettrometro Raman portatile.

Il materiale più performante di quei test iniziali – un design reticolare (architettura cellulare periodica) combinato con nanoparticelle d’argento – è stato poi aggiunto alle strisce reattive. Campioni di acqua dolce e marina addizionati con piccole quantità di pesticidi reali chiamati tiram e paraquat sono stati fatti cadere sulle strisce reattive per l'analisi SERS.

L’acqua è stata prelevata da un estuario ad Aveiro, in Portogallo, e da rubinetti nella stessa zona, luoghi soggetti a regolari test di monitoraggio dell’inquinamento idrico nella vita reale.

I ricercatori hanno scoperto che le strisce reattive erano in grado di rilevare molecole di entrambi i pesticidi a concentrazioni fino a 1 micromolare, equivalente a una molecola di pesticida su un milione di molecole di acqua.