Khi nào quá nhiều điều tốt lại trở thành điều xấu? Đó là câu hỏi Jonathan Claussen, trợ lý giáo sư tại Khoa Cơ khí của Đại học bang Iowavà nhóm nghiên cứu của ông nhằm mục đích giúp nông dân giải đáp vấn đề sử dụng thuốc trừ sâu. Việc sử dụng không đúng mức có thể gây hại cho mùa màng của nông dân, trong khi việc sử dụng quá mức có thể dẫn đến nước chảy tràn vào đất hoặc đường thủy.
Claussen và nhóm của ông đã tạo ra một bộ cảm biến sinh học linh hoạt, chi phí thấp và dùng một lần, có thể phát hiện thuốc trừ sâu trong đất. Cảm biến sinh học này được làm bằng graphene, một hạt nano mạnh và ổn định, đồng thời cung cấp phản hồi tức thời, thay vì mất thời gian và tiền bạc để gửi mẫu đến phòng thí nghiệm và chờ kết quả.
Viện Thực phẩm và Nông nghiệp Quốc gia của USDA đã hỗ trợ dự án với một Sáng kiến nghiên cứu nông nghiệp và thực phẩm cấp như một phần của Chương trình công nghệ nano.
Cảm biến sinh học được tạo ra bằng cách in mực graphene đầu tiên lên giấy. Sau đó, tia laser sẽ di chuyển trên mực để cải thiện tính dẫn điện của nó bằng cách hàn các mảnh mực graphene lại với nhau, tạo ra bề mặt có cấu trúc nano có ba chiều.
Claussen cho biết: “Những vảy gần giống như những cánh hoa hồng nổi lên trên bề mặt tờ giấy. “Chúng tạo thành vật liệu cơ bản để kiểm tra đất.”
Để làm điều này, cảm biến sinh học được nhúng vào hỗn hợp đất và nước. Sau đó, nó được kết nối với một máy đọc điện hóa trên đồng ruộng để kiểm tra thuốc trừ sâu.
“Nó giống như một dải thử độ pH,” Claussen nói. Kết quả thử nghiệm có thể giúp nông dân nhanh chóng hiểu được lượng thuốc trừ sâu cần thiết để duy trì cây trồng khỏe mạnh và giảm thiểu thiệt hại về môi trường. Ngoài ra, kết quả có thể giúp nông dân hiểu được nơi nào có thể cần khắc phục môi trường nếu lạm dụng thuốc trừ sâu là điều hiển nhiên.
Cảm biến sinh học có tiềm năng lớn để sử dụng ngoài cộng đồng nông nghiệp. Các đặc tính của nó có thể được chuyển đổi để sử dụng trong các lĩnh vực y sinh, môi trường hoặc an toàn thực phẩm, chỉ bằng cách thay đổi các thành phần sinh học cố định trên nó.
Claussen nói: “Điều khiến tôi thích thú nhất về dự án này là tác động thực tế mà nó có thể mang lại cho thế giới thực. “Cảm biến graphene không yêu cầu sử dụng kim loại quý thường được sử dụng để tăng hiệu suất của cảm biến điện hóa. Do đó, công nghệ [này] thực sự có thể được đại chúng sử dụng cho các thiết bị điện tử và cảm biến linh hoạt/chi phí thấp.”
— Selina Meiners, Viện Lương thực và Nông nghiệp Quốc gia
Nguồn: Blog USDA