เซ็นเซอร์คุณภาพน้ำ

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยในสกอตแลนด์ โปรตุเกส และเยอรมนี ได้พัฒนาเซ็นเซอร์ที่สามารถช่วยตรวจจับการมีอยู่ของสารกำจัดศัตรูพืชในตัวอย่างน้ำที่มีความเข้มข้นต่ำมาก
งานของพวกเขาซึ่งอธิบายไว้ในบทความใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Polymer Materials and Engineering อาจทำให้การตรวจสอบน้ำเร็วขึ้น ง่ายขึ้น และถูกกว่า
สารกำจัดศัตรูพืชมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเกษตรทั่วโลกเพื่อป้องกันการสูญเสียพืชผลอย่างไรก็ตาม ต้องใช้ความระมัดระวัง เนื่องจากแม้แต่การรั่วไหลเล็กน้อยในดิน น้ำใต้ดิน หรือน้ำทะเล ก็อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ สัตว์ และสิ่งแวดล้อมได้

การตรวจสอบสิ่งแวดล้อมอย่างสม่ำเสมอถือเป็นสิ่งสำคัญในการลดสิ่งปนเปื้อนในน้ำ เพื่อให้สามารถดำเนินการได้ทันทีเมื่อตรวจพบสารกำจัดศัตรูพืชในตัวอย่างน้ำในปัจจุบัน การทดสอบสารกำจัดศัตรูพืชมักดำเนินการภายใต้สภาวะของห้องปฏิบัติการโดยใช้วิธีการต่างๆ เช่น โครมาโตกราฟี และแมสสเปกโตรเมทรี
แม้ว่าการทดสอบเหล่านี้จะให้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้และแม่นยำ แต่ก็อาจใช้เวลานานและมีราคาแพงในการดำเนินการทางเลือกหนึ่งที่น่าหวังคือเครื่องมือวิเคราะห์ทางเคมีที่เรียกว่า Raman Scattering (SERS) ที่ปรับปรุงพื้นผิว
เมื่อแสงตกกระทบโมเลกุล แสงจะกระเจิงที่ความถี่ต่างกันขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลของโมเลกุลSERS ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ตรวจจับและระบุปริมาณโมเลกุลที่ตกค้างในตัวอย่างทดสอบที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวโลหะ โดยการวิเคราะห์ "ลายนิ้วมือ" ที่เป็นเอกลักษณ์ของแสงที่กระเจิงโดยโมเลกุล
ผลกระทบนี้สามารถปรับปรุงได้โดยการปรับเปลี่ยนพื้นผิวโลหะเพื่อให้สามารถดูดซับโมเลกุลได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความสามารถของเซ็นเซอร์ในการตรวจจับโมเลกุลที่มีความเข้มข้นต่ำในตัวอย่าง
ทีมวิจัยมุ่งมั่นที่จะพัฒนาวิธีทดสอบแบบพกพาแบบใหม่ที่สามารถดูดซับโมเลกุลลงในตัวอย่างน้ำโดยใช้วัสดุพิมพ์ 3 มิติที่มีอยู่และให้ผลลัพธ์เบื้องต้นที่แม่นยำในสนาม
ในการทำเช่นนั้น พวกเขาได้ศึกษาโครงสร้างเซลล์หลายประเภทที่ทำจากส่วนผสมของโพลีโพรพีลีนและท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลายชั้นอาคารต่างๆ ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เส้นใยหลอมเหลว ซึ่งเป็นการพิมพ์ 3 มิติทั่วไป
ด้วยการใช้เทคนิคเคมีเปียกแบบดั้งเดิม อนุภาคนาโนของเงินและทองจะถูกสะสมไว้บนพื้นผิวของโครงสร้างเซลล์ เพื่อให้สามารถเกิดกระบวนการกระเจิงของรามานที่ปรับปรุงพื้นผิวได้
พวกเขาทดสอบความสามารถของโครงสร้างวัสดุเซลล์ที่พิมพ์ 3 มิติต่างๆ ในการดูดซับและดูดซับโมเลกุลของสีย้อมเมทิลีนบลูอินทรีย์ จากนั้นวิเคราะห์โดยใช้สเปกโตรมิเตอร์ Raman แบบพกพา
จากนั้นจึงเติมวัสดุที่ทำงานได้ดีที่สุดในการทดสอบครั้งแรก เช่น การออกแบบโครงตาข่าย (โครงสร้างเซลล์เป็นระยะๆ) เข้ากับอนุภาคนาโนเงิน ลงในแถบทดสอบยาฆ่าแมลงจริงจำนวนเล็กน้อย (Siram และพาราควอต) ถูกเติมลงในตัวอย่างน้ำทะเลและน้ำจืด และวางไว้บนแถบทดสอบเพื่อการวิเคราะห์ SERS
น้ำถูกนำมาจากปากแม่น้ำในเมืองอาวีโร ประเทศโปรตุเกส และจากก๊อกน้ำในบริเวณเดียวกัน ซึ่งได้รับการทดสอบเป็นประจำเพื่อตรวจสอบมลพิษทางน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ
นักวิจัยพบว่าแถบดังกล่าวสามารถตรวจจับโมเลกุลยาฆ่าแมลงได้ 2 โมเลกุลที่มีความเข้มข้นต่ำเพียง 1 ไมโครโมล ซึ่งเทียบเท่ากับ 1 โมเลกุลของยาฆ่าแมลงต่อน้ำ 1 ล้านโมเลกุล
ศาสตราจารย์ Shanmugam Kumar จาก James Watt School of Engineering แห่งมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ เป็นหนึ่งในผู้เขียนบทความนี้งานนี้ต่อยอดจากงานวิจัยของเขาเกี่ยวกับการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างโครงตาข่ายที่วิศวกรรมระดับนาโนพร้อมคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์
“ผลการศึกษาเบื้องต้นนี้เป็นกำลังใจอย่างมาก และแสดงให้เห็นว่าวัสดุราคาถูกเหล่านี้สามารถใช้ในการผลิตเซ็นเซอร์สำหรับ SERS เพื่อตรวจจับสารกำจัดศัตรูพืชได้ แม้จะมีความเข้มข้นต่ำมากก็ตาม”
ดร. Sara Fateixa จาก CICECO Aveiro Materials Institute แห่งมหาวิทยาลัย Aveiro ผู้ร่วมเขียนรายงานฉบับนี้ ได้พัฒนาอนุภาคนาโนพลาสมาที่รองรับเทคโนโลยี SERSแม้ว่าบทความนี้จะตรวจสอบความสามารถของระบบในการตรวจจับสิ่งปนเปื้อนในน้ำบางประเภท แต่เทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้ในการตรวจสอบการปนเปื้อนในน้ำได้อย่างง่ายดาย