Onderzoekers van de Griffith University hebben afval van menselijk haar gebruikt om duurzame organische hi-tech apparaten te ontwikkelen voor het testen van de waterkwaliteit van verontreinigingen.

Professor Qin Li en een team van onderzoekers van de School of Engineering and Built Environment en Queensland University of Technology synthetiseerden koolstofstippen uit menselijk haarafval die sporen van chloroform in water kunnen detecteren, een belangrijk bijproduct van waterdesinfectie.

Gepubliceerd in Duurzame materialen en technologie, de onderzoekers creëerden zeer fluorescerende carbon dots-cd's in een duurzaam chemicaliënvrij proces door het haar op te warmen tot 180 ºC in een zuurstofarme omgeving.

Koolstofstippen zijn kleine koolstofnanodeeltjes (minder dan 10 nm groot) met verschillende functionele groepen op het oppervlak en het vermogen om te fluoresceren wanneer ze worden blootgesteld aan een reeks chemische en biochemische verontreinigingen.

De intensiteit van de fluorescentie verandert wanneer functionele oppervlaktegroepen op de koolstofstip een interactie aangaan met de specifieke chemische soort, waardoor ze perfect zijn voor toepassingen met chemische sensoren.

Professor Li zei dat de verontreinigingen die het doelwit zijn van koolstofstippen net zo uniek kunnen zijn als de persoon wiens haar is gemaakt.

"Het klinkt misschien vreemd, maar haar is een uiterst waardevol afvalproduct, ' zei professor Li.

"Rijk aan eiwitten en vol koolstof en stikstof, het is een uitstekende voorloper voor transformatie in bruikbare materialen zoals koolstofstippen. Omdat haar rijk is aan stikstof, toen we de thermische behandelingsomstandigheden veranderden, we produceren koolstofstippen met verschillende stikstofbevattende functionele groepen op hun oppervlak die specifieke verontreinigingen binden."

Opmerkelijk was dat de onderzoekers ook ontdekten dat verschillend gekleurd haar koolstofstippen produceerde die bij voorkeur reageerden op verschillende verontreinigende stoffen.

"Het donkere haar vertoonde een hoge specificiteit voor het detecteren van chloroformvervuiling in water, terwijl het blonde haar dat we testten gevoeliger was voor metaalsoorten zoals magnesium, " zei voormalig Griffith University Research Fellow Dr. Ehsan Eftekhari.

Deze van donker haar afgeleide koolstofstippen, met op stikstof gebaseerde voelantennes op het oppervlak, waren zo gevoelig dat ze chloroform in slechts drie moleculen per miljard watermoleculen konden detecteren.

"Chlorering is een algemeen toegepaste desinfectiemethode in waterbehandeling die wordt gebruikt om de risico's van pathogenen en door water overgedragen ziekten te verminderen, maar het creëert ook bijproducten die in verband zijn gebracht met hogere kankerpercentages, tarieven, " zei professor Fred Leusch, een co-auteur die de Australian Water Quality Advisory Committee voorzit.

"Dus, het ontwikkelen van sensoren om de hoeveelheid chloor die bij de behandeling wordt gebruikt en de bijproductconcentraties in realtime te monitoren, is van cruciaal belang voor de volksgezondheid."

De koolstofpuntsensoren konden zelfs het verschil zien tussen zeer vergelijkbare chemische verontreinigingen.

"In dit onderzoek, we ontdekten dat de op stikstof gebaseerde voelantennes op het oppervlak van de koolstofstippen gevoelig waren voor chloroform, maar niet aan de chemisch vergelijkbare verontreinigende bromoform, vanwege het subtiele verschil in hun elektronische structuren, ' zei professor Li.

"Ik sta er constant versteld van hoeveel biologische materialen ons kunnen leren over het ontwerpen van functionele producten, zoals op koolstofstippen gebaseerde nanosensoren. Bioafval gebruiken om carbon dots te maken voor waterkwaliteitssensoren zonder schadelijke oplosmiddelen te gebruiken, maakt het een duurzame technologie die echt voldoet aan de principes van groene chemie."