Notícia

Pesquisadores desenvolvem novo sensor de baixo custo impresso em 3D para monitoramento de poluição da água por pesticidas

Fonte

Universidade de Glasgow

Data

sexta-feira, 9 junho 2023 15:40

Áreas

Agricultura. Agropecuária. Biologia. Biotecnologia. Engenharia Ambiental. Gestão de Resíduos. Impressão 3D. Materiais. Monitoramento Ambiental. Nanotecnologia. Qualidade da Água. Química. Saúde. Tecnologias. Toxicologia.

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 massas. 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. A 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.

Recentemente, uma 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 em 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. Então, os pesquisadores 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 da SERS.

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

Os pesquisadores descobriram que as tiras de teste foram 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.

O Dr. Shanmugam Kumar, professor da Escola de Engenharia da Universidade de Glasgow, no Reino Unido, é um dos autores do trabalho. O trabalho se baseia em sua pesquisa no uso de técnicas de impressão 3D para criar redes arquitetadas de nanoengenharia com propriedades únicas. “SERS é uma valiosa técnica de diagnóstico com aplicações em uma ampla gama de campos diferentes. O material do substrato do sensor que desenvolvemos se beneficia de uma combinação ideal da grande área de superfície da rede arquitetada projetada com nanocarbono e das notáveis propriedades ópticas das nanopartículas metálicas. A interação do forte campo eletromagnético local nas nanopartículas metálicas e os mecanismos químicos do material carbonáceo cria uma superfície altamente ativa para análise SERS”, explicou o professor Shanmugam Kumar.

“Os resultados deste estudo inicial são muito encorajadores, mostrando que esses materiais de baixo custo podem ser usados para produzir sensores para detecção de pesticidas  mesmo em concentrações muito baixas”, continuou o pesquisador.

A Dra. Sara Fateixa, pesquisadora do Instituto de Materiais CICECO da Universidade de Aveiro, em Portugal, é coautora do artigo publicado na revista científica Macromolecular Materials and Engineering e concebeu as nanopartículas plasmônicas que permitem a técnica SERS. Ela destacou: “Embora este artigo examine o potencial do sistema para detectar tipos específicos de poluentes da água, a técnica pode ser facilmente adaptada para monitorar a presença de uma ampla gama de produtos químicos nas amostras. Na pecuária, por exemplo, o leite do gado, que está se recuperando de uma doença, que foi tratado com antibióticos, não pode ser vendido até que a droga tenha saído de seus sistemas. Atualmente, os testes que provam que seu leite está pronto para voltar ao mercado são caros, mas nossos materiais de diagnóstico podem ser ajustados para fornecer resultados confiáveis com muito mais economia”.

“Estamos ansiosos para continuar a desenvolver este material de sensor muito promissor para uso em aplicações SERS”, concluiu a pesquisadora.

Pesquisadores da Universidade de Glasgow, no Reino Unido, da Universidade de Aveiro, em Portugal, e da HTWK Leipzig, na Alemanha, contribuíram para o artigo.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Glasgow (em inglês).

Fonte: Universidade de Glasgow. Imagem: Imagem Raman de rede micro-arquitetada revestida com nanopartículas plasmônicas. Fonte: Divulgação, Universidade de Glasgow.