德国研究人员创建低成本的3D打印水污染传感器

开发人员表示，一种新型低成本 3D 打印水污染传感器可能会在环境监测领域引起轰动。 　

来自苏格兰、葡萄牙和德国大学的一组研究人员开发了这种传感器，它可以帮助检测水样中是否存在极低浓度的农药。 　　

今天发表在《高分子材料与工程》杂志上的一篇新论文概述了他们的工作，可以使水监测更快、更容易且更实惠。 　　

农药在世界各地的农业中广泛使用，以防止农作物损失。然而，必须小心处理它们，因为即使少量泄漏到土壤、地下水或海水中也会对人类、动物和环境健康有害。 　　

定期进行环境监测对于最大程度地减少水污染至关重要，可以在检测到水样中存在农药时迅速采取行动。目前，农药测试最常在实验室环境中使用色谱法和质谱法等技术进行。 　　

虽然这些测试提供了可靠和准确的结果，但它们执行起来既费时又昂贵。一种有前途的替代方法是称为表面增强拉曼散射或 SERS 的化学分析工具。 　　

当光击中分子时，它会根据分子的分子结构以具有明显不同频率的方式散射。SERS 允许科学家通过分析分子如何散射光的独特“指纹”来检测 和识别吸附在金属表面的测试样品中残留的分子数量。 　　

通过改善金属表面使其能够吸附分子，提高传感器检测样品中低浓度分子的能力，可以增强这种效果。 　　

研究团队着手开发一种新的、更便携的测试方法，该方法可以使用经济实惠的 3D 打印材料吸附水样中的分子，并在现场提供准确的初步结果。 　　

为此，他们探索了几种不同类型的由聚丙烯和多壁碳纳米管混合物制成的细胞结构。这些结构是使用熔丝制造生产的，这是一种常见的3D 打印类型。 　　

使用常见的湿化学方法在 细胞结构的表面涂上银和金纳米粒子，以实现表面增强拉曼散射过程。 　　

在用便携式拉曼光谱仪进行分析之前，他们测试了 3D 打印细胞材料的几种不同架构设计吸收和吸附称为亚甲蓝的有机染料分子的能力。 　　

最初测试中表现最好的材料——晶格（周期性蜂窝结构）设计与银纳米颗粒相结合——然后被添加到试纸中。将掺有少量真正杀虫剂福美双和百草枯的海水和淡水样品滴到测试条上进行 SERS 分析。 　　

水是从葡萄牙阿威罗的一个河口和同一地区的水龙头抽取的——这些地方定期接受现实生活中的水污染监测测试。 　　

研究人员发现，试纸能够检测浓度低至 1 微摩尔的两种杀虫剂的分子——相当于一个杀虫剂分子对一百万个水分子。 　　

格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院的Shanmugam Kumar教授是该论文的通讯作者之一。这项工作建立在他使用 3D 打印技术创建具有独特特性的纳米工程结构晶格的研究之上。 　　

他说：“SERS 是一种有价值的诊断技术，在广泛的不同领域都有应用。我们开发的传感器基板材料受益于纳米碳工程结构晶格的大表面积和卓越的光学特性的最佳组合。金属纳米粒子。 　

“金属纳米粒子中的强局部电磁场与碳质材料的化学机制相互作用，为 SERS 分析创造了一个高度活跃的表面。 　　

“这项初步研究的结果非常令人鼓舞，表明即使在非常低的浓度下，这些低成本材料也可用于生产用于 SERS 检测农药的传感器。” 　　

阿威罗大学 CICECO 阿威罗材料研究所的 Sara Fateixa 博士与人合着了这篇论文，并设计了能够实现 SERS 技术的等离子体纳米粒子。她说：“虽然本文研究了该系统检测特定类型水污染物的潜力，但该技术可以很容易地用于监测样品中各种化学物质的存在。 　　

“例如，在农业中，从疾病中恢复过来的牛的牛奶经过抗生素治疗后才能出售，直到药物离开它们的系统。目前，证明他们的牛奶已经准备就绪的测试重新上市的诊断材料价格昂贵，但我们的诊断材料可以进行调整，以更实惠的价格提供可靠的结果。 　　

“我们期待着继续开发这种非常有前途的传感器材料，用于 SERS 应用。”