Onderzoekers van Concordia hebben een nieuw systeem ontwikkeld met behulp van kleine nanosensoren, koolstofstippen genaamd, om de aanwezigheid van het veelgebruikte chemische glyfosaat te detecteren. Hun onderzoek, getiteld "Ratiometric Sensing of Glyphosate in Water Using Dual Fluorescent Carbon Dots", is gepubliceerd in Sensors .

Glyfosaat is een pesticide dat voorkomt in meer dan 750 landbouw-, bosbouw-, stads- en huishoudelijke producten, waaronder Monsanto's populaire onkruidverdelger Roundup. Het is ook controversieel:studies hebben het overmatig gebruik ervan in verband gebracht met milieuvervuiling en kanker bij de mens. De verkoop ervan is verboden of beperkt in tientallen landen en rechtsgebieden, waaronder Canada.

Het systeem van de onderzoekers vertrouwt op de chemische interactie van de koolstofstippen met glyfosaat om de aanwezigheid ervan te detecteren. Koolstofstippen zijn uiterst kleine fluorescerende deeltjes, meestal niet groter dan 10 tot 15 nanometer (een mensenhaar is tussen de 80.000 en 100.000 nanometer groot). Maar wanneer ze aan wateroplossingen worden toegevoegd, zenden deze nanomaterialen blauwe en rode fluorescentie uit.

De onderzoekers gebruikten een analysetechniek, een ratiometrische zelfrefererende test, om de glyfosaatniveaus in een oplossing te bepalen. De rode fluorescentie die door de koolstofstippen wordt uitgezonden bij blootstelling aan variërende concentraties van de chemische stof en verschillende pH-niveaus wordt vergeleken met een controle waarin geen glyfosaat aanwezig is. In alle tests bleef de blauwe fluorescentie onveranderd, waardoor de onderzoekers een gemeenschappelijk referentiepunt kregen voor de verschillende tests.

Ze merkten op dat hogere niveaus van glyfosaat de rode fluorescentie doofden, wat ze toeschrijven aan de interactie van het pesticide met het oppervlak van de koolstofstippen.

"Ons systeem verschilt van andere omdat we het gebied tussen twee pieken (twee fluorescerende kenmerken) in het zichtbare spectrum meten", zegt Adryanne Clermont-Paquette, een Ph.D. kandidaat in de biologie en hoofdauteur van het artikel. "Dit is het geïntegreerde gebied tussen de twee curven. Ratiometrische metingen stellen ons in staat variabelen zoals temperatuur, pH-niveaus of andere omgevingsfactoren te negeren. Daardoor kunnen we alleen maar kijken naar de niveaus van glyfosaat en koolstofstippen die zich in het systeem bevinden. "

"Door de chemie aan het oppervlak van deze zeer kleine stippen te begrijpen en door hun optische eigenschappen te kennen, kunnen we ze in ons voordeel gebruiken voor veel verschillende toepassingen", zegt Rafik Naccache, universitair hoofddocent scheikunde en biochemie en de begeleidende auteur van het artikel.

Onderzoeksassistenten Diego-Andrés Mendoza en Amir Sadeghi zijn, samen met universitair hoofddocent biologie Alisa Piekny, co-auteurs.

Klein beginnen

Naccache zegt dat de techniek is ontworpen om kleine hoeveelheden van het pesticide te detecteren. De techniek die ze ontwikkelden is gevoelig genoeg om de aanwezigheid van pesticiden te kunnen detecteren bij niveaus zo laag als 0,03 delen per miljoen.

"De uitdaging ligt altijd in de andere richting, om te zien hoe laag we kunnen gaan in termen van gevoeligheid en selectiviteit", zegt hij.

Er moet nog veel werk worden verzet voordat deze technologie op grote schaal kan worden gebruikt. Maar zoals Clermont-Paquette opmerkt, vertegenwoordigt dit artikel een belangrijk begin.

"Het begrijpen van de interactie tussen glyfosaat en koolstofstippen is een eerste stap. Als we dit verder willen brengen en willen ontwikkelen tot een echte toepassing, moeten we beginnen met de basis."

Meer informatie: Adryanne Clermont-Paquette et al., Ratiometrische detectie van glyfosaat in water met behulp van dubbele fluorescerende koolstofstippen, sensoren (2023). DOI:10,3390/s23115200

Aangeboden door Concordia University