Antureita ympäristöhaittojen seurantaan

Kalifornia San Diegon yliopiston insinöörit ovat kehittäneet erittäin herkän grafeenista valmistetun anturin, joka voi havaita poikkeuksellisen alhaiset lyijy-ionien pitoisuudet vedestä. Laite saavuttaa ennätysrajan lyijyn havaitsemisessa femtomolaariselle alueelle asti, mikä on miljoona kertaa herkempi kuin aikaisemmat tunnistustekniikat.

"Laitteemme erittäin korkealla herkkyydellä toivomme viime kädessä havaitsevamme jopa yhden lyijy-ionin läsnäolon kohtuullisessa määrässä vettä", vakuuttaa professori Prabhakar Bandaru. "Altistuminen lyijylle on vakava terveysongelma, ja on osoitettu, että juomaveden lyijypitoisuus miljardiosissa voi johtaa haitallisiin seurauksiin, kuten ihmisen kasvun ja kehityksen hidastumiseen."

Tämän tutkimuksen laite koostuu grafeenipohjaisesta FET-transistorista, joka pystyy seuraamaan yksittäisen elektronitason modulaatioita. Grafeeni, jolla on huomattava johtavuus ja pinta-tilavuussuhde, tarjoaa ihanteellisen alustan tunnistussovelluksiin. Tutkijat paransivat grafeenikerroksen tunnistuskykyä kiinnittämällä linkkerimolekyylin sen pintaan. Tämä linkkeri toimii ankkurina ionireseptorille ja viime kädessä lyijy-ioneille.

Tutkijat käyttivät ionireseptorina aptameeriä, joka on lyhyt, yksijuosteinen DNA tai RNA. Nämä reseptorimolekyylit tunnetaan luontaisesta selektiivisyydestään tiettyjä ioneja kohtaan.

Ylivoimaisen herkkyytensä lisäksi uudella anturilla on muitakin etuja olemassa oleviin menetelmiin verrattuna. Perinteiset tekniikat lyijyn havaitsemiseksi suurella tarkkuudella ja herkkyydellä perustuvat usein kalliisiin instrumentteihin, mikä rajoittaa niiden saatavuutta laajaan käyttöön. Samaan aikaan kotipakkaukset, vaikka ne ovat helpommin saatavilla, ovat yleensä epäluotettavia ja niiden havaitsemisraja on suhteellisen heikko, tyypillisesti mikromolaarisella alueella.

"Kehittämämme teknologian tavoitteena on voittaa sekä kustannus- että luotettavuusongelmat", Bandaru sanoi. "Tavoitteemme on, että se otetaan lopulta käyttöön kodeissa sen suhteellisen helppouden vuoksi."

Vaikka tekniikka on tällä hetkellä konseptivaiheessa, Bandaru toivoo voivansa jonain päivänä ottaa sen käyttöön tosielämässä. Seuraavat askeleet ovat tuotannon skaalaaminen kaupalliseen käyttöön, mikä edellyttää yhteistyötä alan kumppaneiden kanssa.

Brasilialaisten São Paulon (USP) ja Viçosan (UFV) yliopistojen tutkijat ovat puolestaan kehittäneet ympäristössä hajoava anturin, joka voidaan sijoittaa suoraan vihanneksen tai hedelmän pinnalle torjunta-aineiden havaitsemiseksi.

Selluloosa-asetaatista valmistetulla anturilla on potentiaalia varmistaa elintarviketurvallisuus maailmassa, joka kärsii yhä enemmän elintarvikepulasta sekä maatalouskemikaalien liiallisen käytön aiheuttamista ympäristö- ja terveysongelmista.

Useimmiten tähän tarkoitukseen käytetyt analyyttiset työkalut ovat kromatografiset tekniikat, jotka ovat kalliita laboratoriolaitteita.

Aiheista aiemmin:

Anturointia solujen tasolla

Molekyyli kerrallaan

Bakteerianturit sähköttävät havainnoistaan