Neue kostengünstige Methode kann niedrige Konzentrationen von Arzneimittelabfällen und Schadstoffen im Wasser nachweisen

21. März 2024

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von der Bar-Ilan University

Arzneimittelabfälle und Schadstoffe stellen ein wachsendes globales Problem dar, insbesondere im Kontext der Trinkwasser- und Lebensmittelsicherheit. Um dieses kritische Thema anzugehen, hat eine neue Studie von Forschern der Abteilung für Chemie und des Instituts für Nanotechnologie und fortschrittliche Materialien der Bar-Ilan Universität zur Entwicklung eines hochsensiblen plasmonischen Detektors geführt, speziell für die Detektion schädlicher Piperidinrückstände im Wasser.

Die Arbeit des Teams wurde in der Zeitschrift Environmental Science: Nano veröffentlicht.

Piperidin, ein kleines potentes Molekül, das als Baustein in der pharmazeutischen und Lebensmittelzusatzstoffindustrie dient, stellt aufgrund seiner toxischen Natur erhebliche Gesundheitsrisiken für Mensch und Tier dar. Die Erfassung selbst kleinster Mengen an Piperidin ist für die Gewährleistung der Trinkwasser- und Lebensmittelsicherheit unerlässlich. Das an der Bar-Ilan University entwickelte plasmonische Substrat, bestehend aus dreieckigen Vertiefungen in einer silbernen Dünnschicht und geschützt durch eine 5-Nanometer-Schicht aus Siliziumdioxid, bietet eine beispiellose Empfindlichkeit für Piperidin und erkennt niedrige Konzentrationen im Wasser.

Mohamed Hamode, ein Doktorand der Chemieabteilung der Bar-Ilan, entwickelte in Zusammenarbeit mit Dr. Elad Segal das etwa münzgroße Gerät mit Hilfe eines fokussierten Ionenmikroskops, um Nanometer-große Löcher auf einer Metalloberfläche zu bohren. Durch Programmierung des Strahls mit einem speziell entwickelten Computerprogramm erzeugt Hamode Löcher verschiedener Formen.

Diese Löcher, kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, verstärken das elektrische Feld auf der Oberfläche und führen zu konzentriertem Licht in sehr kleinen Bereichen. Diese Verstärkung ermöglicht es, optische Phänomene deutlich zu erhöhen und die Identifizierung einer niedrigen Konzentration von Molekülen zu ermöglichen, die zuvor mit optischen Sonden nicht nachweisbar waren.

Aufgrund seines begrenzten und verstärkten elektromagnetischen Feldes bietet das plasmonische Substrat eine effiziente Alternative zu anderen derzeit in der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (SERS) verwendeten Substraten und eröffnet Möglichkeit für den Einsatz von kostengünstigen und tragbaren Raman-Geräten, die eine schnellere und günstigere Analyse ermöglichen.

"Diese Studie stellt einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der Umweltüberwachung dar", sagte der leitende Forscher Prof. Adi Salomon, aus der Abteilung für Chemie und dem Institut für Nanotechnologie und fortschrittliche Materialien der Bar-Ilan Universität. "Indem wir nanostrukturierte metallische Oberflächen nutzen, haben wir die Detektion von niedrigen Piperidinkonzentrationen im Wasser mit erschwinglicher Optik nachgewiesen und bieten eine vielversprechende Lösung für umweltanalytische Setups."

Die Ergebnisse der Studie unterstreichen das Potenzial von plasmonischen Detektoren, die Umweltüberwachung zu revolutionieren, insbesondere bei der Erkennung von Arzneimittelabfällen und Schadstoffen. Nächste Woche wird Mohamed Hamode die Innovation auf einer internationalen Konferenz über Mikroskopie in Italien vorstellen.

Weitere Informationen:

Zur Verfügung gestellt von der Bar-Ilan Universität