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

Farmaceutisch afval en verontreinigingen vormen een groeiend mondiaal probleem, vooral in de context van drinkwater en voedselveiligheid. Om dit cruciale probleem aan te pakken, heeft een nieuwe studie door onderzoekers van de afdeling chemie van de Bar-Ilan Universiteit en het Instituut voor Nanotechnologie en Geavanceerde Materialen geresulteerd in de ontwikkeling van een zeer gevoelige op plasmonische gebaseerde detector, specifiek gericht op de detectie van schadelijke piperidineresiduen in water.

Het werk van het team is gepubliceerd in het journaal Milieuwetenschappen: Nano.

Piperidine, een klein krachtig molecuul dat dient als bouwsteen in de farmaceutische industrie en de voedseladditievenindustrie, brengt vanwege zijn giftige aard aanzienlijke gezondheidsrisico’s met zich mee voor zowel mens als dier. Het detecteren van zelfs minuscule hoeveelheden piperidine is essentieel voor het garanderen van de drinkwater- en voedselveiligheid. Het plasmonische substraat ontwikkeld aan de Bar-Ilan Universiteit, bestaande uit driehoekige holtes gefreesd in een dunne zilverfilm en beschermd door een laag van 5 nanometer siliciumdioxide, biedt een ongeëvenaarde gevoeligheid voor piperidine en detecteert lage concentraties in water.

Mohamed Hamode, een Ph.D. student aan de afdeling scheikunde van Bar-Ilan ontwikkelde in samenwerking met dr. Elad Segal het apparaat ter grootte van een dubbeltje met behulp van een gefocusseerde ionenmicroscoop om gaten van nanometerformaat in een metalen oppervlak te boren. Door de balk te programmeren met een op maat gemaakt computerprogramma, creëert Hamode gaten met verschillende vormen.

Deze gaten, kleiner dan de golflengte van zichtbaar licht, versterken het elektrische veld op het oppervlak, wat leidt tot geconcentreerd licht in zeer kleine gebieden. Deze amplificatie maakt het mogelijk dat optische verschijnselen aanzienlijk worden vergroot, waardoor de identificatie mogelijk wordt van een lage concentratie moleculen die voorheen niet detecteerbaar waren met optische sondes.

Vanwege het beperkte en verbeterde elektromagnetische veld biedt het plasmonische substraat een efficiënt alternatief voor andere substraten die momenteel worden gebruikt in Surface Enhanced Raman Spectroscopie (SERS), waardoor wegen worden geopend voor het gebruik van kosteneffectieve en draagbare Raman-apparaten die snellere en meer betaalbare analyses mogelijk maken .

“Deze studie vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van milieumonitoring”, zegt senior onderzoeker prof. Adi Salomon van Bar-Ilan’s Department of Chemistry en Institute of Nanotechnology and Advanced Materials. “Door gebruik te maken van metalen oppervlakken met nanopatronen hebben we de detectie van lage concentraties piperidine in water aangetoond met behulp van betaalbare optica, wat een veelbelovende oplossing biedt voor omgevingsanalyses.”

De bevindingen van het onderzoek onderstrepen het potentieel van op plasmonische gebaseerde detectoren bij het revolutioneren van milieumonitoring, vooral bij de detectie van farmaceutisch afval en verontreinigingen. Volgende week zal Mohamed Hamode de innovatie presenteren op een internationale conferentie over microscopie die plaatsvindt in Italië.