Pharmazeutische Abfälle und Schadstoffe stellen weltweit ein wachsendes Problem dar, insbesondere im Zusammenhang mit der Trinkwasser- und Lebensmittelsicherheit. Um dieses kritische Problem anzugehen, hat eine neue Studie von Forschern der Abteilung für Chemie und des Instituts für Nanotechnologie und fortgeschrittene Materialien der Bar-Ilan-Universität zur Entwicklung eines hochempfindlichen plasmonischen Detektors geführt, der speziell auf die Erkennung schädlicher Piperidinrückstände in Wasser abzielt.
Die Arbeit des Teams ist veröffentlicht im Tagebuch Umweltwissenschaften: Nano.
Piperidin, ein kleines wirksames Molekül, das als Baustein in der Pharma- und Lebensmittelzusatzstoffindustrie dient, birgt aufgrund seiner toxischen Natur erhebliche Gesundheitsrisiken für Mensch und Tier. Der Nachweis selbst kleinster Piperidinmengen ist für die Gewährleistung der Trinkwasser- und Lebensmittelsicherheit von entscheidender Bedeutung. Das an der Bar-Ilan-Universität entwickelte plasmonische Substrat besteht aus dreieckigen Hohlräumen, die in einen dünnen Silberfilm gefräst und durch eine 5-Nanometer-Schicht aus Siliziumdioxid geschützt sind. Es bietet eine beispiellose Empfindlichkeit gegenüber Piperidin und erkennt niedrige Konzentrationen in Wasser.
Mohamed Hamode, ein Ph.D. Ein Student der Bar-Ilan-Abteilung für Chemie entwickelte in Zusammenarbeit mit Dr. Elad Segal das Gerät in Cent-Größe, indem er mithilfe eines fokussierten Ionenmikroskops nanometergroße Löcher in eine Metalloberfläche bohrte. Durch die Programmierung des Balkens mit einem speziell entwickelten Computerprogramm erzeugt Hamode Löcher in verschiedenen Formen.
Diese Löcher, die kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts sind, verstärken das elektrische Feld auf der Oberfläche und führen zu konzentriertem Licht in sehr kleinen Bereichen. Durch diese Verstärkung können optische Phänomene erheblich gesteigert werden, sodass eine geringe Konzentration von Molekülen identifiziert werden kann, die zuvor mit optischen Sonden nicht nachweisbar waren.
Aufgrund seines begrenzten und verstärkten elektromagnetischen Feldes bietet das plasmonische Substrat eine effiziente Alternative zu anderen Substraten, die derzeit in der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (SERS) verwendet werden, und eröffnet Möglichkeiten für den Einsatz kostengünstiger und tragbarer Raman-Geräte, die eine schnellere und kostengünstigere Analyse ermöglichen .
„Diese Studie stellt einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der Umweltüberwachung dar“, sagte der leitende Forscher Prof. Adi Salomon von der Abteilung für Chemie und dem Institut für Nanotechnologie und fortgeschrittene Materialien von Bar-Ilan. „Durch die Nutzung nanostrukturierter Metalloberflächen haben wir die Erkennung niedriger Konzentrationen von Piperidin in Wasser mithilfe erschwinglicher Optiken demonstriert und damit eine vielversprechende Lösung für umweltanalytische Aufbauten geboten.“
Die Ergebnisse der Studie unterstreichen das Potenzial plasmonischer Detektoren zur Revolutionierung der Umweltüberwachung, insbesondere bei der Erkennung von pharmazeutischen Abfällen und Kontaminanten. Nächste Woche wird Mohamed Hamode die Innovation auf einer internationalen Konferenz zum Thema Mikroskopie in Italien vorstellen.
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Mohamed Riad Hamode et al, Plasmonischer Raman-Sensor zur hochempfindlichen Erkennung von Pharmaabfällen, Umweltwissenschaften: Nano (2024). DOI: 10.1039/D3EN00821E