สิ่งดีๆ ที่มากเกินไปจะกลายเป็นสิ่งเลวร้ายเมื่อใด นั่นคือคำถาม โจนาธาน คลอสเซ่น, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ at ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลของ Iowa State Universityและทีมนักวิจัยของเขาตั้งเป้าที่จะช่วยให้เกษตรกรตอบคำถามเกี่ยวกับการใช้สารกำจัดศัตรูพืช การใช้น้อยเกินไปอาจเป็นอันตรายต่อพืชผลของเกษตรกร ในขณะที่การใช้มากเกินไปอาจส่งผลให้เกิดการไหลบ่าของดินหรือทางน้ำ
Claussen และทีมของเขาได้สร้างไบโอเซนเซอร์แบบใช้แล้วทิ้งที่ยืดหยุ่น ราคาประหยัด ซึ่งสามารถตรวจจับสารกำจัดศัตรูพืชในดินได้ ไบโอเซนเซอร์นี้ทำจากกราฟีน ซึ่งเป็นอนุภาคนาโนที่แข็งแรงและเสถียร และให้การป้อนกลับในทันที เมื่อเทียบกับเวลาและเงินที่ใช้ในการส่งตัวอย่างไปที่ห้องปฏิบัติการและรอผล
สถาบันอาหารและการเกษตรแห่งชาติของ USDA สนับสนุนโครงการด้วย an โครงการวิจัยด้านการเกษตรและอาหาร ให้เป็นส่วนหนึ่งของ โครงการนาโนเทคโนโลยี.
ไบโอเซนเซอร์ทำโดยการพิมพ์หมึกกราฟีนครั้งแรกลงบนกระดาษ จากนั้นเลเซอร์จะลากเส้นบนหมึกเพื่อปรับปรุงการนำไฟฟ้าโดยการเชื่อมสะเก็ดของหมึกกราฟีนเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดพื้นผิวที่มีโครงสร้างนาโนที่เป็นสามมิติ
“สะเก็ดเกือบจะดูเหมือนกลีบกุหลาบที่โผล่ขึ้นมาจากผิวกระดาษ” คลอสเซ่นกล่าว “พวกมันสร้างวัสดุพื้นฐานเพื่อทดสอบดิน”
เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ไบโอเซนเซอร์จะถูกจุ่มลงในสารละลายของดินและน้ำ จากนั้นจะเชื่อมต่อกับเครื่องอ่านไฟฟ้าเคมีในสนามเพื่อทดสอบสารกำจัดศัตรูพืช
“มันเหมือนกับแถบทดสอบ pH” Claussen กล่าว ผลการทดสอบสามารถช่วยให้เกษตรกรเข้าใจได้อย่างรวดเร็วว่าจำเป็นต้องใช้สารกำจัดศัตรูพืชมากเพียงใดเพื่อรักษาพืชผลให้แข็งแรงและลดความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ ผลลัพธ์ยังสามารถช่วยให้เกษตรกรเข้าใจว่าต้องมีการแก้ไขสิ่งแวดล้อมในส่วนใด หากเห็นได้ชัดว่ามีการใช้สารกำจัดศัตรูพืชมากเกินไป
ไบโอเซนเซอร์มีศักยภาพสูงสำหรับการใช้งานนอกเหนือจากชุมชนเกษตรกรรม คุณสมบัติของมันสามารถแปลงเพื่อใช้ในด้านชีวการแพทย์ สิ่งแวดล้อม หรือความปลอดภัยของอาหาร เพียงแค่เปลี่ยนส่วนประกอบทางชีวภาพที่ตรึงอยู่ด้านบน
“สิ่งที่ทำให้ฉันหลงใหลมากที่สุดเกี่ยวกับโครงการนี้คือผลกระทบในโลกแห่งความเป็นจริงที่โครงการสามารถทำได้” Claussen กล่าว “เซนเซอร์กราฟีนไม่จำเป็นต้องใช้โลหะล้ำค่าซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเซนเซอร์ไฟฟ้าเคมี ดังนั้นเทคโนโลยี [นี้] จึงสามารถใช้ได้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์ที่มีความยืดหยุ่น/ต้นทุนต่ำ”
— เซลิน่าไมเนอร์ส สถาบันอาหารและการเกษตรแห่งชาติ
ที่มา: USDA Blog