Фото: із відкритих джерел
Дослідники Університету Сан-Паулу створили гнучкі одноразові сенсори на основі целюлозного ацетату, які кріпляться безпосередньо на поверхню рослин і дають змогу швидко виявляти окремі пестициди на місці.
Про це повідомляє сайт Аграрії разом з посиланням на Hortidaily.
Дослідницька група Інституту фізики Сан-Карлоса Університету Сан-Паулу (IFSC-USP, Бразилія) під керівництвом Паулу Аугусто Раймунду-Перейри розробила біорозкладні «wearable»-сенсори для рослин. Пристрої призначені для моніторингу стану рослин і, зокрема, для виявлення наявності пестицидів безпосередньо на поверхні листя, стебел, кори або плодів.
Сенсори виготовляють із вуглецевого чорнила, яке методом трафаретного друку наносять на прозору біоплівку з целюлозного ацетату. У дослідженні, опублікованому в Biosensors and Bioelectronics: X, автори підкреслюють, що целюлозний ацетат є гнучким матеріалом рослинного походження, який потенційно може вироблятися з різних потоків аграрних відходів.
«Наш сенсор, навпаки, зроблений із целюлозного ацетату — гнучкого матеріалу рослинного походження… Він нетоксичний, економічний, біорозкладний, легкий і зручний у роботі», — зазначає Паулу Аугусто Раймунду-Перейра.
Як працює визначення пестицидів на рослині
Кожна платформа з целюлозного ацетату містить два сенсорні вузли, які в одному аналізі дають змогу визначати три класи пестицидів: дікуат, карбендазим і дифеніламін. Для цього застосовано дві електроаналітичні методики:
- квадратно-хвильова вольтамперометрія (SWV) — для виявлення дікуату;
- диференційно-імпульсна вольтамперометрія (DPV) — для аналізу карбендазиму та дифеніламіну.
Вимірювання виконують на межі «електрод — середовище», тому потрібна водна крапля для провідності. За описом авторів, краплю води розміщують у точках, де зручно проводити вимірювання: у центрі листка, у невеликому заглибленні на стеблі томата чи яблуні, у бічних борозенках болгарського перцю, де вода може накопичуватися. Після цього сенсор позиціонують над краплею та проводять вимір.
Технічні характеристики та параметри
- Матеріали: вуглецеве чорнило; прозора біоплівка з целюлозного ацетату (cellulose acetate).
- Конфігурація: 2 сенсорні вузли на одній платформі.
- Аналітичні методи: SWV (дікуат), DPV (карбендазим і дифеніламін).
- Час повного циклу вимірювань (послідовна робота двох сенсорів на одному зразку): 3 хв 28 с.
- Заявлена собівартість одного сенсора: 0,077 цента; сенсори одноразові.
- Польова робота: платформа інтегрується з комерційним бездротовим портативним потенціостатом; результати відображаються на телефоні через Bluetooth.
Як тестували на плодах
За даними команди, сенсори випробували на рослинах після нанесення 1000 мкМ розчину агрохімікату на шкірку яблук і болгарського перцю. Плоди залишали висихати протягом п’яти годин, щоб змоделювати реальні умови. Далі проводили аналіз на місці, прикріплюючи сенсор до поверхні плоду та додаючи 500 мкл фосфатного буферного розчину.
Що це може дати агровиробнику
У представленій концепції акцент зроблено на швидкому, недеструктивному та децентралізованому контролі без відбору проб і доставки в лабораторію. Автори також зазначають, що подібні мініатюризовані сенсори можуть застосовуватися для моніторингу температури, вологості, зневоднення, біомаркерів, хвороб і рівня поживних елементів, хоча в цій роботі детально описано саме визначення пестицидів.
«Вони забезпечують недеструктивне, швидке, польове та децентралізоване визначення, надаючи біоінформацію в реальному часі про стан рослини та чинники довкілля», — пояснює Раймунду-Перейра.
Окремо дослідники вказують, що використані сенсори є одноразовими, тому мають бути дешевими та біорозкладними. Також, за словами керівника групи, за певних умов використані сенсори можна спалювати, щоб отримати вуглецеве чорнило для виготовлення нових пристроїв.
Роботу підтримав фонд FAPESP через постдокторську стипендію для Наталії Оеазу Гомес, регулярний дослідницький грант для Сержіо Антоніо Еспінола Машаду та програму підтримки молодих докторів для Раймунду-Перейри.