Quando una cosa troppo buona diventa una cosa negativa? Questa è la domanda Jonathan Claussen, professore assistente presso Dipartimento di ingegneria meccanica dell'Iowa State University, e il suo team di ricercatori mirano ad aiutare gli agricoltori a rispondere all'uso dei pesticidi. Il sottoutilizzo può danneggiare i raccolti degli agricoltori, mentre l’uso eccessivo può provocare il deflusso nel suolo o nei corsi d’acqua.
Claussen e il suo team hanno creato un biosensore flessibile, a basso costo e monouso in grado di rilevare i pesticidi nel terreno. Questo biosensore è fatto di grafene, una nanoparticella forte e stabile, e fornisce un feedback istantaneo, a differenza del tempo e del denaro che altrimenti sarebbero necessari per inviare un campione a un laboratorio e attendere i risultati.
Istituto nazionale per l'alimentazione e l'agricoltura dell'USDA ha sostenuto il progetto con un Iniziativa per la ricerca agricola e alimentare concessione come parte del Programma sulle nanotecnologie.
Il biosensore viene realizzato stampando prima l'inchiostro di grafene su carta. Un laser quindi traccia l’inchiostro per migliorarne la conduttività elettrica saldando insieme scaglie di inchiostro al grafene, creando una superficie nanostrutturata tridimensionale.
"I fiocchi sembrano quasi petali di rosa che emergono dalla superficie della carta", ha detto Claussen. "Costituiscono il materiale di base su cui testare il terreno."
Per fare ciò, il biosensore viene immerso in un impasto liquido di terreno e acqua. Viene quindi collegato a un lettore elettrochimico sul campo per testare la presenza di pesticidi.
"È come una striscia reattiva per il pH", ha detto Claussen. I risultati dei test possono aiutare gli agricoltori a capire rapidamente la quantità di pesticidi necessaria per mantenere le colture sane e ridurre al minimo i danni ambientali. Inoltre, i risultati possono aiutare gli agricoltori a capire dove potrebbe essere necessario il risanamento ambientale se è evidente un uso eccessivo di pesticidi.
Il biosensore ha un grande potenziale per l’uso oltre la comunità agricola. Le sue proprietà possono essere convertite per essere utilizzate in campo biomedico, ambientale o di sicurezza alimentare, semplicemente modificando i componenti biologici che sono immobilizzati su di esso.
"Ciò che mi affascina di più di questo progetto è l'impatto nel mondo reale che può fornire", ha affermato Claussen. “I sensori al grafene non richiedono l’utilizzo dei metalli preziosi che tipicamente vengono utilizzati per aumentare le prestazioni dei sensori elettrochimici. Pertanto, [questa] tecnologia potrebbe davvero essere utilizzata dalle masse per dispositivi elettronici e sensori flessibili e a basso costo”.
—Selina Meiners, Istituto Nazionale per l'Alimentazione e l'Agricoltura
Fonte: blog dell'USDA