Органические наносенсоры могут обнаруживать вредные пестициды благодаря новому исследованию
Исследователи из Concordia разработали новую систему с использованием крошечных наносенсоров — углеродных точек (carbon dots) — для обнаружения широко используемого химиката глифосата. Их исследование "Ratiometric Sensing of Glyphosate in Water Using Dual Fluorescent Carbon Dots" опубликовано в Sensors.
Глифосат — это пестицид, содержащийся в более чем 750 сельскохозяйственных, лесных, городских и бытовых продуктах, включая популярный гербицид Roundup от Monsanto. Его использование спорно: исследования связывают чрезмерное применение с загрязнением окружающей среды и раком у людей. Его продажа запрещена или ограничена в десятках стран и регионов, включая Канаду.
Система исследователей основана на химическом взаимодействии углеродных точек с глифосатом для его обнаружения. Углеродные точки — это чрезвычайно мелкие флуоресцентные частицы, обычно размером не более 10–15 нанометров (толщина человеческого волоса — 80 000–100 000 нанометров). При добавлении в водные растворы эти наноматериалы излучают синюю и красную флуоресценцию.
Для определения уровня глифосата в растворе исследователи использовали метод анализа — ратиометрический самореферентный анализ (ratiometric self-referencing assay). Красная флуоресценция, излучаемая углеродными точками при воздействии различных концентраций химиката и разных уровней pH, сравнивается с контролем, где глифосата нет. Во всех тестах синяя флуоресценция оставалась неизменной, что дало исследователям общую точку отсчета.
Было замечено, что более высокие уровни глифосата гасили красную флуоресценцию, что объяснили взаимодействием пестицида с поверхностью углеродных точек.
"Наша система отличается от других, потому что мы измеряем площадь между двумя пиками — двумя флуоресцентными сигнатурами — в видимом спектре. Это интегрированная площадь между двумя кривыми. Ратиометрическое измерение позволяет нам игнорировать переменные, такие как температура, уровень pH или другие факторы окружающей среды. Это позволяет нам смотреть только на уровни глифосата и углеродных точек в системе", — говорит Адрианн Клермон-Пакетт, аспирант по биологии и ведущий автор статьи.
"Понимая химию на поверхности этих очень маленьких точек и зная их оптические свойства, мы можем использовать их с выгодой для многих различных применений", — говорит Рафик Накаш, доцент кафедры химии и биохимии и научный руководитель статьи.
Соавторами являются научные ассистенты Диего-Андрес Мендоса и Амир Садеги, а также доцент кафедры биологии Алиса Пикни.
Начиная с малого
Накаш отмечает, что метод предназначен для обнаружения ничтожных количеств пестицида. Разработанная техника достаточно чувствительна, чтобы обнаружить присутствие пестицида на уровне всего 0,03 частей на миллион.
"Сложность всегда в другом направлении — посмотреть, насколько низкую чувствительность и селективность мы можем достичь", — говорит он.
Прежде чем эта технология сможет широко использоваться, предстоит много работы. Но, как отмечает Клермон-Пакетт, эта статья представляет собой важное начало.
"Понимание взаимодействия между глифосатом и углеродными точками — это первый шаг. Если мы хотим продвинуть это дальше и превратить в реальное приложение, мы должны начать с основ".