Equipe cria baixo

5 de junho de 2023

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pela Universidade de Glasgow

Uma nova forma de sensor de poluição da água impresso em 3D de baixo custo pode causar impacto no mundo do monitoramento ambiental, dizem seus desenvolvedores.

Uma equipa de investigadores de universidades da Escócia, Portugal e Alemanha desenvolveu o sensor, que pode ajudar a detetar a presença de concentrações muito baixas de pesticidas em amostras de água.

Seu trabalho, descrito em um novo artigo publicado na revista Macromolecular Materials and Engineering, pode tornar o monitoramento da água mais rápido, fácil e acessível.

Os pesticidas são amplamente utilizados na agricultura em todo o mundo para evitar a perda de colheitas. No entanto, eles devem ser manuseados com cuidado, pois mesmo pequenos derramamentos no solo, água subterrânea ou água do mar podem ser prejudiciais à saúde humana, animal e ambiental.

O monitoramento ambiental regular é extremamente importante para minimizar a poluição da água, permitindo uma ação rápida quando a presença de pesticidas é detectada em amostras de água. Atualmente, os testes de pesticidas são realizados com mais frequência em ambientes de laboratório usando técnicas como cromatografia e espectrometria de massa.

Embora esses testes forneçam resultados confiáveis ​​e precisos, eles são demorados e caros para serem executados. Uma alternativa promissora é uma ferramenta de análise química chamada dispersão Raman aprimorada por superfície, ou SERS.

Quando a luz atinge as moléculas, ela se espalha de uma maneira que possui frequências distintamente diferentes, dependendo da estrutura molecular da molécula. O SERS permite que os cientistas detectem e identifiquem quantidades vestigiais de moléculas em amostras de teste adsorvidas em uma superfície de metal, analisando a "impressão digital" única de como as moléculas espalham a luz.

O efeito pode ser aprimorado melhorando a superfície do metal para permitir que ela absorva as moléculas, aumentando a capacidade dos sensores de detectar baixas concentrações de moléculas nas amostras.

A equipe de pesquisa decidiu desenvolver um novo método de teste mais portátil que poderia usar materiais impressos em 3D acessíveis para adsorver moléculas de amostras de água e fornecer resultados iniciais precisos no campo.

Para isso, eles exploraram vários tipos diferentes de arquiteturas celulares feitas de misturas de polipropileno e nanotubos de carbono de paredes múltiplas. As arquiteturas foram produzidas usando a fabricação de filamentos fundidos, um tipo comum de impressão 3D.

A superfície das arquiteturas celulares foi revestida com nanopartículas de prata e ouro usando uma abordagem química úmida comum para permitir o processo de espalhamento Raman aprimorado na superfície.

Eles testaram a capacidade de vários projetos arquitetônicos diferentes dos materiais celulares impressos em 3D de absorver e adsorver moléculas de um corante orgânico chamado azul de metileno, antes de serem analisados ​​por um espectrômetro Raman portátil.

O material de melhor desempenho desses testes iniciais - um design de treliça (arquitetura celular periódica) combinado com nanopartículas de prata - foi então adicionado às tiras de teste. Amostras de água do mar e água doce com baixas quantidades de pesticidas reais chamados thiram e paraquat foram jogadas nas tiras de teste para análise SERS.

A água foi retirada de um estuário em Aveiro, Portugal, e de torneiras na mesma área – locais que estão sujeitos a testes regulares de monitoramento da poluição da água na vida real.

Os pesquisadores descobriram que as tiras de teste eram capazes de detectar moléculas de ambos os pesticidas em concentrações tão baixas quanto 1 micromolar – equivalente a uma molécula de pesticida para um milhão de moléculas de água.