Når blir for mye av det gode en dårlig ting? Det er spørsmålet Jonathan Claussen, adjunkt ved Iowa State Universitys avdeling for maskinteknikk, og teamet hans av forskere har som mål å hjelpe bøndene med å svare når det gjelder bruk av plantevernmidler. Underbruk kan skade bøndenes avlinger, mens overforbruk kan føre til avrenning til jord eller vassdrag.
Claussen og teamet hans har laget en fleksibel, rimelig og engangsbiosensor som kan oppdage plantevernmidler i jord. Denne biosensoren er laget av grafen, en sterk og stabil nanopartikkel, og gir øyeblikkelig tilbakemelding, i motsetning til tiden og pengene det ellers ville tatt å sende en prøve til et laboratorium og avvente resultater.
USDAs National Institute of Food and Agriculture støttet prosjektet med en Landbruks- og matforskningsinitiativet tilskudd som en del av Nanoteknologiprogram.
Biosensoren lages ved først å trykke grafenblekk på papir. En laser sporer deretter blekket for å forbedre dets elektriske ledningsevne ved å sveise sammen flak av grafenblekk, og lage en nanostrukturert overflate som er tredimensjonal.
"Flakene ser nesten ut som roseblader som kommer opp fra overflaten av papiret," sa Claussen. "De danner basismaterialet for å teste jord på."
For å gjøre dette dyppes biosensoren i en slurry av jord og vann. Den kobles deretter til en elektrokjemisk leser i felten for å teste for plantevernmidler.
"Det er som en pH-teststrimmel," sa Claussen. Testresultater kan hjelpe bøndene raskt å forstå hvor mye plantevernmiddel som trengs for å opprettholde sunne avlinger og minimere miljøskader. Resultatene kan også hjelpe bøndene til å forstå hvor miljøsanering kan være nødvendig hvis overforbruk av plantevernmidler er tydelig.
Biosensoren har stort potensiale for bruk utenfor landbrukssamfunnet. Egenskapene kan konverteres for bruk innen biomedisin, miljø eller matsikkerhet, ganske enkelt ved å endre de biologiske komponentene som er immobilisert på toppen av den.
"Det som fascinerer meg mest med dette prosjektet er den virkelige påvirkningen det kan gi," sa Claussen. "Grafensensorene krever ikke bruk av edle metaller som vanligvis brukes til å øke ytelsen til elektrokjemiske sensorer. Derfor kan [denne] teknologien virkelig brukes av massene for fleksibel/lavpris elektronikk og sensorer."
– Selina Meiners, Nasjonalt institutt for mat og landbruk
Kilde: USDA Blog