Биоразлагаемый сенсор для мониторинга пестицидов на поверхности овощей и фруктов
Исследователи из Университета Сан-Паулу (USP) и Федерального университета Висосы (UFV) в Бразилии разработали устойчивый сенсор, который можно размещать прямо на поверхности овощей или фруктов для обнаружения пестицидов. Устройство, названное «plant-wearable» (носимым для растений), изготовлено из ацетата целлюлозы — материала, получаемого из древесной массы.
Исследование опубликовано в журнале Biomaterials Advances.
Пестициды широко используются для повышения урожайности, но при распылении только 50% достигает цели. Остальное попадает в почву, грунтовые воды, поверхностные воды, питьевую воду, сточные воды и продукты питания. Мониторинг уровня пестицидов в воде, почве и пище необходим для предотвращения контакта токсичных веществ с людьми.
Часто используемые для этого хроматографические методы эффективны, но имеют недостатки: необходимость предварительной подготовки проб, дорогое оборудование, квалифицированные специалисты, длительное время анализа, отсутствие портативности и опасные отходы от органических растворителей.
«Электрохимические сенсоры могут стать альтернативой, сочетая доступность, быстрое обнаружение, миниатюризацию, массовое производство, удобство, простоту использования, высокую селективность и возможность обнаружения пестицидов in situ. Наше изобретение обладает всеми этими чертами. Анализ проводится прямо на поверхности фрукта, овоща или листа. Отсюда и термин "plant-wearable"», — сказал Пауло Аугусто Раймундо-Перейра, последний автор статьи.
Вместо экологически неустойчивых материалов, таких как керамика или пластиковые полимеры из нефти, которые долго разлагаются, исследователи использовали ацетат целлюлозы. Этот материал имеет низкое воздействие на окружающую среду и полностью распадается за 340 дней или меньше, в зависимости от условий. Он также обладает нужными для сенсора характеристиками: низкой стоимостью, портативностью и гибкостью.
Биоразлагаемая подложка из ацетата целлюлозы была изготовлена методом литья, а полная электрохимическая система с тремя электродами нанесена методом трафаретной печати.
Лабораторные испытания
В лабораторных тестах раствор, содержащий фунгицид карбендазим и гербицид паракват (запрещённый в ЕС с 2003 года, но всё ещё используемый в Бразилии), распыляли на салат и помидоры, имитируя реальное применение. Сенсор прикрепляли непосредственно к овощам. Уровень обнаружения оказался совместимым с результатами, полученными с использованием полиэтилентерефталата — наиболее часто используемого для этой цели материала.
Эффективность мытья
Исследование также проверило, эффективно ли мытьё и замачивание овощей в литре воды на два часа для удаления остатков пестицидов. Результаты показали удаление 40% карбендазима и 60% параквата с салата, и 64% обоих веществ с помидоров.
«Мытьё и замачивание явно недостаточны для удаления остатков пестицидов. По крайней мере 10% оставалось на листьях или кожуре», — отметил Раймундо-Перейра.
Эта технология может быть полезна санитарным надзорным органам по всему миру, продавцам органической продукции для сертификации отсутствия пестицидов, а также фермерам для мониторинга уровня пестицидов в поле. Это позволит применять только необходимую дозу для каждой культуры, что может снизить использование пестицидов при сохранении урожайности и привести к снижению цен для потребителей.