Un nuovo sistema di monitoraggio dell’inquinamento dell’acqua, destinato a fare colpo, è stato sviluppato dai suoi creatori. Si tratta di un sensore di inquinamento dell’acqua stampato in 3D a basso costo, che può rilevare la presenza di basse concentrazioni di pesticidi nei campioni di acqua.
Il lavoro del team di ricercatori provenienti da università scozzesi, portoghesi e tedesche è stato pubblicato oggi sulla rivista Macromolecular Materials and Engineering. Questo nuovo sensore potrebbe rendere il monitoraggio dell’acqua più rapido, facile e conveniente.
I pesticidi vengono ampiamente utilizzati in agricoltura per proteggere i raccolti, ma anche piccole fuoriuscite nel suolo, nelle acque sotterranee o marine possono causare danni alla salute umana, animale e ambientale. Pertanto, è di fondamentale importanza monitorare regolarmente l’ambiente per ridurre l’inquinamento idrico.
Attualmente, i test sui pesticidi vengono eseguiti principalmente in laboratorio utilizzando tecniche come la cromatografia e la spettrometria di massa, che richiedono tempo e sono costose. Una promettente alternativa è l’utilizzo della diffusione Raman potenziata dalla superficie (SERS), una tecnica di analisi chimica.
La SERS sfrutta la luce che viene diffusa dalle molecole in modo diverso in base alla loro struttura molecolare. Questo permette agli scienziati di rilevare e identificare tracce di molecole in campioni di test adsorbiti su una superficie metallica, analizzando la “impronta digitale” della diffusione della luce da parte delle molecole.
Il team di ricerca ha sviluppato un nuovo metodo di test portatile che utilizza materiali stampati in 3D a prezzi accessibili per adsorbire molecole da campioni di acqua e fornire risultati iniziali accurati sul campo. Hanno utilizzato diverse architetture cellulari realizzate con una miscela di polipropilene e nanotubi di carbonio a parete multipla, prodotte tramite stampa 3D.
Le architetture cellulari sono state rivestite con nanoparticelle d’argento e d’oro utilizzando un approccio chimico per migliorare la capacità di rilevamento dei sensori. Hanno testato diverse architetture cellulari stampate in 3D per l’assorbimento di molecole di un colorante organico chiamato blu di metilene, successivamente analizzato da uno spettrometro Raman portatile.
Il materiale con le migliori prestazioni, un design a reticolo combinato con nanoparticelle d’argento, è stato aggiunto alle strisce reattive. Queste strisce reattive sono state utilizzate per analizzare campioni di acqua marina e dolce contenenti piccole quantità di pesticidi chiamati tiram e paraquat.
I ricercatori hanno prelevato l’acqua da un estuario ad Aveiro, in Portogallo, e da rubinetti nella stessa area, luoghi che sono soggetti a regolari test di monitoraggio dell’inquinamento idrico nella vita reale. Le strisce reattive sono state in grado di rilevare molecole di entrambi i pesticidi a concentrazioni estremamente basse, pari a una molecola di pesticida per un milione di molecole d’acqua.
Il professor Shanmugam Kumar dell’Università di Glasgow, uno degli autori dell’articolo, ha affermato che il materiale del sensore sviluppato beneficia dell’ampia area superficiale del reticolo progettato con nanocarbonio e delle proprietà ottiche delle nanoparticelle metalliche, creando una superficie altamente attiva per l’analisi SERS.
La dott.ssa Sara Fateixa, coautrice del documento e responsabile delle nanoparticelle plasmoniche presso l’Università di Aveiro, ha sottolineato che questa tecnica potrebbe essere adattata per monitorare la presenza di una vasta gamma di sostanze chimiche nei campioni, offrendo risultati affidabili in modo conveniente.
La ricerca è stata supportata da finanziamenti dell’Engineering and Physical Sciences Research Council nel Regno Unito, della FCT/MEC (PIDDAC) in Portogallo e della Commissione europea. I ricercatori delle università di Glasgow nel Regno Unito, di Aveiro in Portogallo e di HTWK Leipzig in Germania hanno contribuito a questo studio.
Università di Glasgow