Πότε το πολύ καλό γίνεται κακό; Αυτή είναι η ερώτηση Jonathan Claussen, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Κρατικού Πανεπιστημίου της Αϊόβα, και η ομάδα ερευνητών του στοχεύει να βοηθήσει τους αγρότες να απαντήσουν όταν πρόκειται για χρήση φυτοφαρμάκων. Η ανεπαρκής χρήση μπορεί να βλάψει τις καλλιέργειες των αγροτών, ενώ η υπερβολική χρήση μπορεί να οδηγήσει σε απορροή στο έδαφος ή στις υδάτινες οδούς.
Ο Claussen και η ομάδα του δημιούργησαν έναν ευέλικτο, χαμηλού κόστους και βιοαισθητήρα μιας χρήσης που μπορεί να ανιχνεύσει φυτοφάρμακα στο έδαφος. Αυτός ο βιοαισθητήρας είναι κατασκευασμένος από γραφένιο, ένα ισχυρό και σταθερό νανοσωματίδιο, και παρέχει στιγμιαία ανάδραση, σε αντίθεση με τον χρόνο και τα χρήματα που διαφορετικά θα χρειαζόταν για να σταλεί ένα δείγμα σε ένα εργαστήριο και να περιμένουμε τα αποτελέσματα.
Εθνικό Ινστιτούτο Τροφίμων και Γεωργίας του USDA υποστήριξε το έργο με ένα Πρωτοβουλία έρευνας για τη γεωργία και τα τρόφιμα επιχορήγηση ως μέρος της Πρόγραμμα Νανοτεχνολογίας.
Ο βιοαισθητήρας κατασκευάζεται εκτυπώνοντας πρώτα μελάνι γραφενίου σε χαρτί. Στη συνέχεια, ένα λέιζερ εντοπίζει το μελάνι για να βελτιώσει την ηλεκτρική του αγωγιμότητα συγκολλώντας νιφάδες του μελανιού γραφενίου, δημιουργώντας μια νανοδομημένη επιφάνεια που είναι τρισδιάστατη.
«Οι νιφάδες μοιάζουν σχεδόν με ροδοπέταλα που βγαίνουν από την επιφάνεια του χαρτιού», είπε ο Claussen. «Σχηματίζουν το βασικό υλικό για να δοκιμάσουν το έδαφος».
Για να γίνει αυτό, ο βιοαισθητήρας βυθίζεται σε ένα πολτό χώματος και νερού. Στη συνέχεια συνδέεται με έναν ηλεκτροχημικό αναγνώστη στο χωράφι για έλεγχο για φυτοφάρμακο.
«Είναι σαν μια ταινία δοκιμής pH», είπε ο Claussen. Τα αποτελέσματα των δοκιμών μπορούν να βοηθήσουν τους αγρότες να κατανοήσουν γρήγορα πόσα φυτοφάρμακα χρειάζονται για τη διατήρηση υγιών καλλιεργειών και την ελαχιστοποίηση της περιβαλλοντικής ζημίας. Επίσης, τα αποτελέσματα μπορούν να βοηθήσουν τους αγρότες να κατανοήσουν πού μπορεί να χρειαστεί περιβαλλοντική αποκατάσταση εάν είναι εμφανής η υπερβολική χρήση φυτοφαρμάκων.
Ο βιοαισθητήρας έχει μεγάλες δυνατότητες χρήσης πέρα από τη γεωργική κοινότητα. Οι ιδιότητές του μπορούν να μετατραπούν για χρήση στους τομείς της βιοϊατρικής, του περιβάλλοντος ή της ασφάλειας των τροφίμων, απλώς αλλάζοντας τα βιολογικά συστατικά που είναι ακινητοποιημένα πάνω του.
«Αυτό που με γοητεύει περισσότερο σε αυτό το έργο είναι ο πραγματικός αντίκτυπος που μπορεί να προσφέρει», είπε ο Claussen. «Οι αισθητήρες γραφενίου δεν απαιτούν τη χρήση πολύτιμων μετάλλων που χρησιμοποιούνται συνήθως για την αύξηση της απόδοσης των ηλεκτροχημικών αισθητήρων. Επομένως, [αυτή] η τεχνολογία θα μπορούσε πραγματικά να χρησιμοποιηθεί από τις μάζες για ευέλικτα/χαμηλού κόστους ηλεκτρονικά και αισθητήρες».
— Σελίνα Μάινερς, Εθνικό Ινστιτούτο Τροφίμων και Γεωργίας
Πηγή: USDA Blog