Изображение предоставлено: Rost9 / Shutterstock.com

Графен как материал обладает удивительным потенциалом благодаря своим уникальным свойствам, он способен революционизировать целые отрасли промышленности. Начиная от приложений в электронике, производстве энергии, аккумуляторах, датчиках и многом другом.

В настоящее время группа исследователей из Университета штата Айова (ISU) добилась значительного прогресса в разработке сенсора с повышенным содержанием графена, который может идентифицировать фосфорорганические соединения (такие как пестициды) на уровнях в 40 раз ниже Агентства по охране окружающей среды США (EPA). ) рекомендации.

Опубликованное в журнале Nanoscale Horizons исследование показало, «Датчики могут быть сконструированы для обнаружения патогенных микроорганизмов на предприятиях пищевой промышленности для предотвращения загрязнения пищевых продуктов» как заявил д-р Джонатан Клауссен, руководитель проекта и преподавательский состав член кафедры машиностроения ИСУ.

Датчики также можно использовать для мониторинга заболеваний крупного рогатого скота, например, до появления физических симптомов. Эта техника может действительно изменить правила игры для различных областей применения, где требуются недорогие, но очень чувствительные биосенсоры.

Д-р. Джонатан Клауссен

В новой технологии используется пропитанная солью струйная безмасляная литография (SIIML), процесс, который использует струйный принтер для воспроизведения графеновых цепей. Таким образом, команда ISU создала относительно дешевые схемы с оптимизированной проводимостью. Эта текстурированная поверхность графена с печатным рисунком также обладает способностью смешиваться с чувствительными к пестицидам ферментами, что повышает чувствительность в течение всего процесса биосенсирования пестицидов.

С момента своего открытия графен считается самым прочным материалом в мире и может использоваться для повышения прочности и прочности других материалов. Многие исследования и исследования показали, что добавление даже небольшого количества графена к металлам, пластмассам или другим материалам делает их намного сильнее – или легче.

Графен толщиной всего в один атом может быть включен практически в любое приложение, требующее повышенной проводимости, и делает его образцовым строительным блоком для разработки электронных и сенсорных систем.

Проект, возглавляемый Клаусеном, поддерживается Национальным институтом продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США, который наградил команду ИСУ парой грантов на общую сумму 573 000 долларов США. Деньги были использованы для разработки технологии SIIML. Датчики, созданные с помощью этой технологии, могут обнаруживать загрязняющие вещества длиной до 0,6 нанометра (нМ), что удивительно мало и ниже, чем стандарт EPA 24 нМ и канадский стандарт 170 нМ.

Клауссен говорит, что их датчики похожи на тест-полоски, используемые больными диабетом при мониторинге уровня глюкозы в их крови. Сравнение было проведено, поскольку и полоска графенового пестицида, и тест-полоски на глюкозу контролируют выбранные соединения с помощью электрохимических методов.

Важно, чтобы мы количественно измерили сток и дрейф инсектицидов, чтобы мы могли охарактеризовать их долгосрочные эффекты и найти способы минимизировать эти эффекты.

Др. Джонатан Клауссен

Отличительные преимущества компонентов на основе графена включают поглощение органических молекул на поверхности графена пленки, что обеспечивает точный контроль тестируемого образца. Затем эту технологию можно масштабировать для использования в полевых условиях, чтобы обнаружить гораздо большие пробы, в том числе патогенные микроорганизмы и другие загрязнители в почве, удобрениях, продуктах питания и, конечно же, воде.

Клауссен также заявил, что технология, в которую он и его команда вложили средства, «является настолько недорогой» и может быть развернута на всем поле или даже на ферме, что повысит эффективность, поскольку фермеры смогут контролировать и ограничивать пестициды использование и именно то, что нужно.

Кроме того, это уменьшило количество химических стоков и является преимуществом при рассмотрении способов улучшения экологической экосистемы. Клауссен сказал, что SIIML может: « Повысить безопасность пищевых продуктов от фермы до вилки».

Таким образом, датчики на основе графена могут произвести революцию в промышленности и на предприятиях по переработке пищевых продуктов при минимизации загрязнения пищевых продуктов. Кроме того, эти датчики могут иметь приложения для мониторинга домашнего скота и предотвращения распространения заболеваний. Этот метод может значительно трансформировать приложения и решения для зондирования в полевых условиях, которые требуют чувствительных биосенсоров при низких затратах и ​​при этом обеспечивают оптимальную производительность.