Forscher von Concordia haben ein neues System entwickelt, das winzige Nanosensoren, sogenannte Kohlenstoffpunkte, verwendet, um das Vorhandensein der weit verbreiteten Chemikalie Glyphosat zu erkennen. Ihre Forschung mit dem Titel „Ratiometrische Sensierung von Glyphosat in Wasser mithilfe von Dual Fluorescent Carbon Dots“ wurde in veröffentlicht Sensoren.
Glyphosat ist ein Pestizid, das in mehr als 750 land- und forstwirtschaftlichen, städtischen und Haushaltsprodukten vorkommt, darunter Monsantos beliebtes Unkrautvernichtungsmittel Roundup. Es ist auch umstritten: Studien haben seinen übermäßigen Gebrauch mit Umweltverschmutzung und Krebs beim Menschen in Verbindung gebracht. Der Verkauf ist in Dutzenden Ländern und Gerichtsbarkeiten, darunter auch Kanada, verboten oder eingeschränkt.
Das System der Forscher beruht auf der chemischen Wechselwirkung der Kohlenstoffpunkte mit Glyphosat, um dessen Vorhandensein festzustellen. Kohlenstoffpunkte sind äußerst kleine fluoreszierende Partikel, die normalerweise nicht größer als 10 oder 15 Nanometer sind (ein menschliches Haar ist zwischen 80.000 und 100.000 Nanometer groß). Wenn sie jedoch Wasserlösungen zugesetzt werden, emittieren diese Nanomaterialien blaue und rote Fluoreszenz.
Um den Glyphosatgehalt in einer Lösung zu bestimmen, verwendeten die Forscher eine Analysetechnik namens „ratiometrischer selbstreferenzierender Assay“. Die rote Fluoreszenz, die von den Kohlenstoffpunkten abgegeben wird, wenn sie unterschiedlichen Konzentrationen der Chemikalie und unterschiedlichen pH-Werten ausgesetzt werden, wird mit einer Kontrolle verglichen, in der kein Glyphosat vorhanden ist. Bei allen Tests blieb die blaue Fluoreszenz unverändert, was den Forschern einen gemeinsamen Bezugspunkt für die verschiedenen Tests gab.
Sie beobachteten, dass höhere Glyphosatkonzentrationen die rote Fluoreszenz löschten, was sie auf die Wechselwirkung des Pestizids mit der Oberfläche der Kohlenstoffpunkte zurückführten.
„Unser System unterscheidet sich von anderen, weil wir die Fläche zwischen zwei Peaks – zwei Fluoreszenzsignaturen – im sichtbaren Spektrum messen“, sagt Adryanne Clermont-Paquette, Doktorandin. Kandidat in Biologie und Hauptautor der Arbeit. „Dies ist die integrierte Fläche zwischen den beiden Kurven. Durch die ratiometrische Messung können wir Variablen wie Temperatur, pH-Werte oder andere Umweltfaktoren ignorieren. Dadurch können wir nur die im System vorhandenen Glyphosat- und Kohlenstoffpunkte betrachten.“ “
„Indem wir die Chemie an der Oberfläche dieser sehr kleinen Punkte verstehen und ihre optischen Eigenschaften kennen, können wir sie für viele verschiedene Anwendungen zu unserem Vorteil nutzen“, sagt Rafik Naccache, außerordentlicher Professor für Chemie und Biochemie und betreuender Autor der Arbeit.
Die wissenschaftlichen Mitarbeiter Diego-Andrés Mendoza und Amir Sadeghi sowie die außerordentliche Biologieprofessorin Alisa Piekny sind Co-Autoren.
Klein anfangen
Naccache sagt, die Technik sei darauf ausgelegt, kleinste Mengen des Pestizids zu erkennen. Die von ihnen entwickelte Technik ist empfindlich genug, um das Vorhandensein von Pestiziden bereits in Konzentrationen von nur 0,03 Teilen pro Million nachzuweisen.
„Die Herausforderung liegt immer in der anderen Richtung, nämlich zu sehen, wie tief wir in Bezug auf Empfindlichkeit und Selektivität gehen können“, sagt er.
Es bleibt noch viel zu tun, bevor diese Technologie flächendeckend eingesetzt werden kann. Aber wie Clermont-Paquette feststellt, stellt dieses Papier einen wichtigen Anfang dar.
„Das Verständnis der Wechselwirkung zwischen Glyphosat und Kohlenstoffpunkten ist ein erster Schritt. Wenn wir dies weiter vorantreiben und zu einer realen Anwendung entwickeln wollen, müssen wir mit den Grundlagen beginnen.“
Mehr Informationen:
Adryanne Clermont-Paquette et al., Ratiometrische Erfassung von Glyphosat in Wasser unter Verwendung von zwei fluoreszierenden Kohlenstoffpunkten, Sensoren (2023). DOI: 10.3390/s23115200