Wanneer wordt te veel van het goede een slechte zaak? Dat is de vraag Jonathan Claussen, assistent-professor bij Afdeling Werktuigbouwkunde van de Iowa State University, en zijn team van onderzoekers willen boeren helpen antwoord te geven als het gaat om het gebruik van pesticiden. Ondergebruik kan de gewassen van boeren schaden, terwijl overmatig gebruik kan leiden tot afvloeiing naar de bodem of waterwegen.
Claussen en zijn team creëerden een flexibele, goedkope en wegwerpbare biosensor die pesticiden in de bodem kan detecteren. Deze biosensor is gemaakt van grafeen, een sterk en stabiel nanodeeltje, en geeft onmiddellijke feedback, in tegenstelling tot de tijd en het geld die het anders zou kosten om een monster naar een laboratorium te sturen en de resultaten af te wachten.
USDA's National Institute of Food and Agriculture steunde het project met een Landbouw- en voedselonderzoeksinitiatief subsidie als onderdeel van de Nanotechnologie Programma.
De biosensor wordt gemaakt door grafeeninkt eerst op papier te printen. Een laser trekt vervolgens over de inkt om de elektrische geleidbaarheid te verbeteren door vlokken van de grafeeninkt aan elkaar te lassen, waardoor een nanogestructureerd oppervlak ontstaat dat driedimensionaal is.
"De vlokken lijken bijna op rozenblaadjes die uit het oppervlak van het papier komen", zei Claussen. "Ze vormen het basismateriaal om grond op te testen."
Hiervoor wordt de biosensor in een slurry van grond en water gedompeld. Het wordt vervolgens aangesloten op een elektrochemische lezer in het veld om te testen op pesticiden.
"Het is als een pH-teststrip", zegt Claussen. Testresultaten kunnen boeren helpen snel te begrijpen hoeveel pesticiden nodig zijn om gezonde gewassen te behouden en milieuschade te minimaliseren. De resultaten kunnen boeren ook helpen begrijpen waar milieusanering nodig kan zijn als overmatig gebruik van pesticiden duidelijk is.
De biosensor heeft een groot potentieel voor gebruik buiten de landbouwgemeenschap. De eigenschappen ervan kunnen worden omgezet voor gebruik in de biomedische, milieu- of voedselveiligheidsgebieden, simpelweg door de biologische componenten die erop geïmmobiliseerd zijn te veranderen.
"Wat me het meest fascineert aan dit project, is de echte impact die het kan hebben", zegt Claussen. "De grafeensensoren vereisen geen gebruik van edele metalen die doorgaans worden gebruikt om de prestaties van elektrochemische sensoren te verbeteren. Daarom zou [deze] technologie echt door de massa kunnen worden gebruikt voor flexibele/goedkope elektronica en sensoren.”
— Selina Meiners, Nationaal Instituut voor Voedsel en Landbouw
Bron: USDA-blog