چه زمانی زیاد از یک چیز خوب تبدیل به چیز بد می شود؟ سوال این است جاناتان کلاوسن، استادیار در گروه مهندسی مکانیک دانشگاه ایالتی آیوواو تیم محققان او قصد دارند به کشاورزان کمک کنند تا در مورد استفاده از آفت کش ها پاسخ دهند. استفاده کم می تواند به محصولات کشاورزان آسیب برساند، در حالی که استفاده بیش از حد می تواند منجر به روان شدن آب به خاک یا آبراه ها شود.
کلاوسن و تیمش یک حسگر زیستی انعطاف پذیر، کم هزینه و یکبار مصرف ایجاد کردند که می تواند آفت کش ها را در خاک تشخیص دهد. این حسگر زیستی از گرافن، یک نانوذره قوی و پایدار، ساخته شده است و بازخورد آنی را ارائه میکند، برخلاف زمان و هزینهای که در غیر این صورت برای ارسال نمونه به آزمایشگاه و انتظار نتایج لازم است.
موسسه ملی غذا و کشاورزی USDA با پشتیبانی از پروژه ابتکار تحقیقات کشاورزی و مواد غذایی کمک مالی به عنوان بخشی از برنامه فناوری نانو.
حسگر زیستی با چاپ اول جوهر گرافن روی کاغذ ساخته می شود. سپس یک لیزر روی جوهر ردیابی میکند تا رسانایی الکتریکی آن را با جوش دادن تکههای جوهر گرافن به یکدیگر بهبود بخشد و یک سطح نانوساختار سه بعدی ایجاد کند.
کلاوسن میگوید: «تکهها تقریباً شبیه گلبرگهای رز هستند که از سطح کاغذ بیرون میآیند. آنها ماده پایه را برای آزمایش خاک بر روی آن تشکیل می دهند.
برای انجام این کار، بیوسنسور در دوغابی از خاک و آب فرو میرود. سپس برای آزمایش آفت کش به یک خواننده الکتروشیمیایی در میدان متصل می شود.
کلاوسن گفت: «این مانند یک نوار تست pH است. نتایج آزمایش می تواند به کشاورزان کمک کند تا به سرعت درک کنند که چه مقدار آفت کش برای حفظ محصولات سالم و به حداقل رساندن آسیب های زیست محیطی مورد نیاز است. همچنین، نتایج میتواند به کشاورزان کمک کند تا درک کنند که در صورت مشهود بودن استفاده بیش از حد از آفتکشها، در کجا ممکن است اصلاح محیطی مورد نیاز باشد.
بیوسنسور پتانسیل زیادی برای استفاده فراتر از جامعه کشاورزی دارد. خواص آن را می توان برای استفاده در زمینه های زیست پزشکی، زیست محیطی یا ایمنی مواد غذایی، به سادگی با تغییر اجزای بیولوژیکی که در بالای آن بی حرکت می کند، تبدیل کرد.
کلاوسن گفت: «چیزی که من را بیشتر در مورد این پروژه مجذوب میکند، تأثیر دنیای واقعی آن است. حسگرهای گرافن نیازی به استفاده از فلزات گرانبها ندارند که معمولاً برای افزایش عملکرد حسگرهای الکتروشیمیایی استفاده میشوند. بنابراین، [این] فناوری واقعاً می تواند توسط توده ها برای تجهیزات الکترونیکی و حسگرهای انعطاف پذیر/کم هزینه استفاده شود.
- سلینا ماینرز، انستیتوی ملی غذا و کشاورزی
منبع: وبلاگ USDA