Um novo sensor de baixo custo impresso em 3D para medir a poluição da água poderá causar sensação na monitorização ambiental, de acordo com os seus criadores.
Especialistas da Escócia, Portugal e Alemanha esperam que o dispositivo revolucione a monitorização da água.
Os pesticidas, utilizados em todo o mundo na agricultura, podem causar danos significativos ao ambiente se não forem manuseados correctamente. A monitorização regular da água é, por isso, de extrema importância. Os testes tradicionais fornecem resultados fiáveis, mas são caros e demorados. Os investigadores utilizaram um método alternativo designado por dispersão Raman com reforço de superfície (SERS).
O SERS identifica as moléculas pela sua “impressão digital” única, criada pela dispersão da luz quando esta incide sobre elas. Ao melhorar a superfície metálica que pode adsorver moléculas, a capacidade de detecção do sensor pode ser aumentada.
Para tal, estudaram diferentes tipos de arquitecturas celulares feitas de misturas de polipropileno e nanotubos de carbono de paredes múltiplas. As arquitecturas foram fabricadas utilizando o fabrico de filamentos fundidos, um tipo comum de impressão 3D.
A superfície das arquitecturas celulares foi revestida com nanopartículas de prata e ouro utilizando uma abordagem química húmida comum para permitir o processo de dispersão Raman melhorada pela superfície.
Os investigadores testaram a capacidade de vários modelos diferentes de materiais celulares impressos em 3D para absorver e adsorver moléculas de um corante orgânico denominado azul de metileno, antes de as analisarem com um espectrómetro Raman portátil.
O material que teve melhor desempenho nestes testes iniciais – um padrão de rede (arquitectura celular periódica) combinado com nanopartículas de prata – foi então adicionado a tiras de teste. Amostras de água do mar e de água doce com pequenas quantidades dos pesticidas reais tirame e paraquato foram colocadas nas tiras de teste para análise SERS.
Os investigadores descobriram que as tiras de teste eram capazes de detectar moléculas dos dois pesticidas em concentrações tão baixas como 1 micromolar – o equivalente a uma molécula de pesticida para um milhão de moléculas de água.
Shanmugam Kuma afirmou: “O SERS é uma técnica de diagnóstico valiosa com aplicações numa vasta gama de domínios diferentes. O material do substrato do sensor que desenvolvemos beneficia de uma combinação óptima entre a grande área de superfície da rede arquitectada de nanocarbono e as notáveis propriedades ópticas das nanopartículas metálicas. A interacção do forte campo electromagnético local nas nanopartículas metálicas e os mecanismos químicos do material carbonoso criam uma superfície altamente activa para a análise SERS. Os resultados deste estudo inicial são muito encorajadores, mostrando que estes materiais de baixo custo podem ser utilizados para produzir sensores para a detecção SERS de pesticidas, mesmo em concentrações muito baixas”.
A Dra. Sara Fateixa, do Instituto de Materiais CICECO Aveiro da Universidade de Aveiro, é co-autora do estudo e desenvolveu as nanopartículas plasmónicas que permitem a técnica SERS.
afirmou: “Embora este trabalho analise o potencial do sistema para detectar tipos específicos de poluentes da água, a técnica pode ser facilmente adaptada para monitorizar a presença de uma vasta gama de produtos químicos nas amostras. Na agricultura, por exemplo, o leite do gado, que está a recuperar de uma doença tratada com antibióticos, só pode ser vendido depois de o medicamento ter saído do seu organismo. Actualmente, os testes que provam que o seu leite está pronto para voltar ao mercado são caros, mas os nossos materiais de diagnóstico podem ser ajustados para fornecer resultados fiáveis a um preço muito mais acessível. Estamos ansiosos por continuar a desenvolver este material sensor muito promissor para utilização em aplicações SERS”.
Saiba mais sobre a Universidade de Glasgow em gla.ac.uk.