Milloin liiasta hyvästä tulee huono asia? Se on se kysymys Jonathan Claussen, apulaisprofessori klo Iowan osavaltion yliopiston konetekniikan laitos, ja hänen tutkijaryhmänsä pyrkivät auttamaan maanviljelijöitä vastaamaan torjunta-aineiden käyttöön. Alikäyttö voi vahingoittaa viljelijöiden satoa, kun taas liikakäyttö voi johtaa valumiseen maaperään tai vesistöön.
Claussen ja hänen tiiminsä loivat joustavan, edullisen ja kertakäyttöisen biosensorin, joka pystyy havaitsemaan torjunta-aineita maaperässä. Tämä biosensori on valmistettu grafeenista, vahvasta ja vakaasta nanohiukkasesta, ja se antaa välittömän palautteen, toisin kuin aikaa ja rahaa, joka muuten kuluisi näytteen lähettämiseen laboratorioon ja tulosten odottamiseen.
USDA:n kansallinen elintarvike- ja maatalousinstituutti tuki hanketta an Maatalous- ja elintarviketutkimusaloite apuraha osana Nanoteknologiaohjelma.
Biosensori valmistetaan tulostamalla ensin grafeenimuste paperille. Laser jäljittää sitten musteen yli parantaakseen sen sähkönjohtavuutta hitsaamalla yhteen grafeenimusteen hiutaleita, jolloin muodostuu nanorakenteinen pinta, joka on kolmiulotteinen.
"Hutaleet näyttävät melkein ruusun terälehdiltä, jotka nousevat paperin pinnalta", sanoi Claussen. "Ne muodostavat pohjamateriaalin maaperän testaamiseen."
Tätä varten biosensori upotetaan maaperän ja veden lietteeseen. Se yhdistetään sitten sähkökemialliseen lukijaan kentällä torjunta-aineiden testaamiseksi.
"Se on kuin pH-testiliuska", sanoi Claussen. Testitulokset voivat auttaa viljelijöitä ymmärtämään nopeasti, kuinka paljon torjunta-ainetta tarvitaan terveiden satojen ylläpitämiseen ja ympäristövahinkojen minimoimiseen. Tulokset voivat myös auttaa maanviljelijöitä ymmärtämään, missä ympäristön korjaaminen saattaa olla tarpeen, jos torjunta-aineiden liikakäyttö on ilmeistä.
Biosensorilla on suuri käyttöpotentiaali maatalousyhteisön ulkopuolella. Sen ominaisuudet voidaan muuntaa käytettäväksi biolääketieteen, ympäristön tai elintarviketurvallisuuden alalla yksinkertaisesti vaihtamalla sen päälle immobilisoituja biologisia komponentteja.
"Minua kiehtoo eniten tässä hankkeessa sen todellinen maailmanvaikutus", sanoi Claussen. "Grafeenianturit eivät vaadi jalometallien käyttöä, joita tyypillisesti käytetään sähkökemiallisten antureiden suorituskyvyn lisäämiseen. Siksi massat voisivat todella käyttää [tätä] tekniikkaa joustavaan/edulliseen elektroniikkaan ja antureisiin.
- Selina Meiners, Kansallinen elintarvike- ja maatalousinstituutti
Lähde: USDA Blog