Økologiske nanosensorer kan muligvis opdage skadelige pesticider takket være ny forskning

Forskere ved Concordia har udviklet et nyt system ved hjælp af bittesmå nanosensorer kaldet kulstofprikker til at detektere tilstedeværelsen af ​​det meget brugte kemikalie glyphosat. Deres forskning, med titlen "Ratiometric Sensing of Glyphosat in Water Using Dual Fluorescent Carbon Dots," er offentliggjort i Sensorer .

Glyphosat er et pesticid, der findes i mere end 750 landbrugs-, skovbrugs-, by- og hjemmeprodukter, inklusive Monsantos populære ukrudtsmiddel Roundup. Det er også kontroversielt:Undersøgelser har forbundet dets overforbrug til miljøforurening og kræft hos mennesker. Dets salg er forbudt eller begrænset i snesevis af lande og jurisdiktioner, inklusive Canada.

Forskernes system er afhængig af kulstofprikkernes kemiske interaktion med glyphosat for at påvise dets tilstedeværelse. Kulstofprikker er meget små fluorescerende partikler, normalt ikke mere end 10 eller 15 nanometer i størrelse (et menneskehår er mellem 80.000 og 100.000 nanometer). Men når de tilsættes til vandopløsninger, udsender disse nanomaterialer blå og rød fluorescens.

Forskerne brugte en analyseteknik kaldet en ratiometrisk selvreferenceanalyse til at bestemme glyphosatniveauer i en opløsning. Den røde fluorescens, der udsendes af kulstofprikkerne, når de udsættes for forskellige koncentrationer af kemikaliet og forskellige pH-niveauer, sammenlignes med en kontrol, hvor der ikke er glyphosat til stede. I alle testene forblev den blå fluorescens uændret, hvilket gav forskerne et fælles referencepunkt på tværs af de forskellige tests.

De observerede, at højere niveauer af glyphosat slukkede den røde fluorescens, som de akkrediterede til interaktionen mellem pesticidet og kulstofprikkernes overflade.

"Vores system adskiller sig fra andre, fordi vi måler området mellem to toppe - to fluorescerende signaturer - på det synlige spektrum," siger Adryanne Clermont-Paquette, en Ph.D. kandidat i biologi og papirets hovedforfatter. "Dette er det integrerede område mellem de to kurver. Ratiometrisk måling giver os mulighed for at ignorere variabler som temperatur, pH-niveauer eller andre miljøfaktorer. Det giver os mulighed for blot kun at se på niveauerne af glyphosat og kulstofprikker, der er i systemet. "

"Ved at forstå kemien på overfladen af ​​disse meget små prikker og ved at kende deres optiske egenskaber, kan vi bruge dem til vores fordel til mange forskellige anvendelser," siger Rafik Naccache, lektor i kemi og biokemi og avisens vejledende forfatter.

Forskningsassistenterne Diego-Andrés Mendoza og Amir Sadeghi er sammen med lektor i biologi Alisa Piekny medforfattere.

Begynder i det små

Naccache siger, at teknikken er designet til at opdage små mængder af pesticidet. Teknikken, de udviklede, er følsom nok til at kunne påvise tilstedeværelsen af ​​pesticider i niveauer så lave som 0,03 ppm.

"Udfordringen er altid i den anden retning, at se, hvor lavt vi kan gå med hensyn til følsomhed og selektivitet," siger han.

Der er stadig meget arbejde, der skal gøres, før denne teknologi kan bruges bredt. Men som Clermont-Paquette bemærker, repræsenterer dette papir en vigtig begyndelse.

"Forståelse af samspillet mellem glyphosat og kulstofprikker er et første skridt. Hvis vi skal flytte dette videre og udvikle det til en virkelig applikation, er vi nødt til at starte med det grundlæggende."

Flere oplysninger: Adryanne Clermont-Paquette et al., Ratiometric Sensing of Glyphosat in Water Using Dual Fluorescent Carbon Dots, Sensorer (2023). DOI:10.3390/s23115200

Leveret af Concordia University