Forskare vid Concordia har utvecklat ett nytt system som använder små nanosensorer som kallas kolprickar för att upptäcka förekomsten av den mycket använda kemikalien glyfosat. Deras forskning, med titeln "Ratiometric Sensing of Glyphosat in Water Using Dual Fluorescent Carbon Dots", publiceras i Sensors .
Glyfosat är ett bekämpningsmedel som finns i mer än 750 jordbruks-, skogsbruks-, stads- och hemprodukter, inklusive Monsantos populära ogräsdödare Roundup. Det är också kontroversiellt:studier har kopplat dess överanvändning till miljöföroreningar och cancer hos människor. Dess försäljning är förbjuden eller begränsad i dussintals länder och jurisdiktioner, inklusive Kanada.
Forskarnas system förlitar sig på kolprickarnas kemiska interaktion med glyfosat för att upptäcka dess närvaro. Kolprickar är ytterst små fluorescerande partiklar, vanligtvis inte mer än 10 eller 15 nanometer stora (ett människohår är mellan 80 000 och 100 000 nanometer). Men när de tillsätts i vattenlösningar avger dessa nanomaterial blå och röd fluorescens.
Forskarna använde en analysteknik som kallas en ratiometrisk självreferensanalys för att bestämma glyfosatnivåer i en lösning. Den röda fluorescensen som emitteras av kolprickarna när de utsätts för olika koncentrationer av kemikalien och olika pH-nivåer jämförs med en kontroll där inget glyfosat finns. I alla tester förblev den blå fluorescensen oförändrad, vilket gav forskarna en gemensam referenspunkt för de olika testerna.
De observerade att högre nivåer av glyfosat släckte den röda fluorescensen, som de ackrediterade för interaktionen mellan bekämpningsmedlet och kolprickarnas yta.
"Vårt system skiljer sig från andra eftersom vi mäter området mellan två toppar - två fluorescerande signaturer - på det synliga spektrumet", säger Adryanne Clermont-Paquette, en Ph.D. kandidat i biologi och tidningens huvudförfattare. "Detta är det integrerade området mellan de två kurvorna. Ratiometrisk mätning gör att vi kan ignorera variabler som temperatur, pH-nivåer eller andra miljöfaktorer. Det gör att vi bara kan titta på nivåerna av glyfosat och kolprickar som finns i systemet. "
"Genom att förstå kemin på ytan av dessa mycket små prickar och genom att känna till deras optiska egenskaper kan vi använda dem till vår fördel för många olika tillämpningar", säger Rafik Naccache, docent i kemi och biokemi och tidningens handledande författare.
Forskningsassistenterna Diego-Andrés Mendoza och Amir Sadeghi, tillsammans med docent i biologi Alisa Piekny, är medförfattare.
Naccache säger att tekniken är utformad för att upptäcka små mängder av bekämpningsmedlet. Tekniken de utvecklade är tillräckligt känslig för att kunna upptäcka förekomsten av bekämpningsmedel i nivåer så låga som 0,03 ppm.
"Utmaningen är alltid åt andra hållet, att se hur lågt vi kan gå när det gäller känslighet och selektivitet", säger han.
Det återstår mycket arbete att göra innan denna teknik kan användas brett. Men som Clermont-Paquette påpekar representerar denna uppsats en viktig början.
"Att förstå interaktionen mellan glyfosat och kolprickar är ett första steg. Om vi ska gå vidare med detta och utveckla det till en verklig tillämpning måste vi börja med grunderna."
Mer information: Adryanne Clermont-Paquette et al, Ratiometric Sensing of Glyfosat in Water Using Dual Fluorescent Carbon Dots, Sensorer (2023). DOI:10.3390/s23115200
Tillhandahålls av Concordia University
