Nieuwe kosteneffectieve methode kan lage concentraties van farmaceutisch afval en verontreinigingen in water detecteren

21 maart 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het  redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende attributen benadrukt bij het waarborgen van de geloofwaardigheid van de inhoud:

• feit-gecontroleerd
• vertrouwde bron
• geproeflezen

door Bar-Ilan Universiteit

Farmaceutische afvalstoffen en verontreinigingen vormen een groeiende wereldwijde bezorgdheid, met name in de context van drinkwater- en voedselveiligheid. Een nieuwe studie van onderzoekers van de faculteit Chemie en het Instituut voor Nanotechnologie en Geavanceerde Materialen van de Universiteit Bar-Ilan, die dit cruciale vraagstuk aanpakt, heeft geleid tot de ontwikkeling van een uiterst gevoelige, op plasmonen gebaseerde detector, specifiek gericht op het opsporen van schadelijke piperidineresten in water.

Het werk van het team is gepubliceerd in het tijdschrift Environmental Science: Nano.

Piperidine, een klein, krachtig molecuul dat dient als bouwsteen in de farmaceutische en voedingsadditiefindustrie, vormt een aanzienlijk gezondheidsrisico voor zowel mensen als dieren vanwege zijn giftige aard. Detectie van zelfs minuscule hoeveelheden piperidine is essentieel voor de veiligheid van drinkwater en voedsel. Het op Bar-Ilan University ontwikkelde plasmonische substraat, bestaande uit driehoekige holtes gevreesd in een dunne zilverfilm en beschermd door een 5 nanometer dikke laag siliciumdioxide, biedt een ongeëvenaarde gevoeligheid voor piperidine, en detecteert lage concentraties in water.

Mohamed Hamode, een Ph.D. student aan de afdeling Chemie van Bar-Ilan, ontwikkelde in samenwerking met Dr. Elad Segal het apparaat ter grootte van een dubbeltje met behulp van een gerichte ionenmicroscoop om nanometer-grote gaten in een metalen oppervlak te boren. Door de bundel te programmeren met een aangepast computerprogramma, maakt Hamode gaten van verschillende vormen.

Deze gaten, kleiner dan de golflengte van zichtbaar licht, versterken het elektrisch veld aan het oppervlak, wat leidt tot geconcentreerd licht in zeer kleine gebieden. Deze versterking maakt het mogelijk optische fenomenen aanzienlijk te verhogen, waardoor de identificatie van een lage concentratie moleculen die voorheen ondetecteerbaar waren met optische sondes mogelijk is.

Vanwege zijn beperkte en verbeterde elektromagnetisch veld, biedt het plasmonische substraat een efficiënt alternatief voor andere substraten die momenteel worden gebruikt in Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), wat nieuwe mogelijkheden opent voor het gebruik van kosteneffectieve en draagbare Raman-apparaten die snellere en betaalbaardere analyses mogelijk maken.

'Deze studie vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van milieubewaking,' zei senior onderzoeker Prof. Adi Salomon, van de afdeling Chemie en het Instituut voor Nanotechnologie en Geavanceerde Materialen van Bar-Ilan. ‘Door gebruik te maken van nano-gepatroonde metalen oppervlakken, hebben we de detectie van lage concentraties piperidine in water met betaalbare optica gedemonstreerd, en bieden we een veelbelovende oplossing voor milieu-analytische opstellingen.'

De resultaten van de studie benadrukken het potentieel van op plasmonen gebaseerde detectoren bij het revolutioneren van milieumonitoring, met name bij de detectie van farmaceutisch afval en verontreinigingen. Volgende week zal Mohamed Hamode de innovatie presenteren op een internationale conferentie over microscopie die in Italië plaatsvindt.

Verschaft door universiteit Bar-Ilan