متى يصبح الكثير من الأشياء الجيدة شيئًا سيئًا؟ هذا هو السؤال جوناثان كلاوسن، أستاذ مساعد في قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة ولاية آيوا، وفريقه من الباحثين لمساعدة المزارعين على الإجابة عندما يتعلق الأمر باستخدام مبيدات الآفات. يمكن أن يضر قلة الاستخدام بمحاصيل المزارعين ، في حين أن الإفراط في الاستخدام يمكن أن يؤدي إلى الجريان السطحي في التربة أو المجاري المائية.
ابتكر كلوسن وفريقه جهاز استشعار حيوي مرن ومنخفض التكلفة ويمكن التخلص منه يمكنه اكتشاف المبيدات الحشرية في التربة. يتكون هذا المستشعر الحيوي من الجرافين ، وهو جسيم نانوي قوي ومستقر ، ويوفر ردود فعل فورية ، على عكس الوقت والمال الذي قد يستغرقه إرسال عينة إلى المختبر وانتظار النتائج.
المعهد الوطني للأغذية والزراعة التابع لوزارة الزراعة الأمريكية دعم المشروع بامتداد مبادرة بحوث الزراعة والغذاء منح كجزء من برنامج تقنية النانو.
يتكون جهاز الاستشعار البيولوجي عن طريق طباعة حبر الجرافين على الورق أولاً. ثم يتتبع الليزر فوق الحبر لتحسين التوصيل الكهربائي عن طريق لحام رقائق من حبر الجرافين معًا ، مما يجعل سطحًا نانويًا ثلاثي الأبعاد.
قال كلوسن: "تبدو الرقائق تقريبًا مثل بتلات الورد تخرج من سطح الورقة". "إنهم يشكلون المادة الأساسية لاختبار التربة عليها."
للقيام بذلك ، يتم غمس المستشعر الحيوي في ملاط من التربة والماء. ثم يتم توصيله بقارئ كهروكيميائي في الميدان لاختبار مبيدات الآفات.
قال كلوسن "إنه مثل شريط اختبار درجة الحموضة". يمكن أن تساعد نتائج الاختبار المزارعين على فهم كمية المبيدات المطلوبة بسرعة للحفاظ على المحاصيل الصحية وتقليل الأضرار البيئية. أيضًا ، يمكن أن تساعد النتائج المزارعين على فهم المواضع التي قد تكون فيها الحاجة إلى المعالجة البيئية إذا كان الإفراط في استخدام مبيدات الآفات واضحًا.
يتمتع جهاز الاستشعار البيولوجي بإمكانيات كبيرة للاستخدام خارج المجتمع الزراعي. يمكن تحويل خصائصه للاستخدام في المجالات الطبية الحيوية أو البيئية أو سلامة الأغذية ، ببساطة عن طريق تغيير المكونات البيولوجية التي يتم تجميدها فوقها.
قال كلوسن: "أكثر ما يذهلني في هذا المشروع هو تأثيره على العالم الحقيقي". لا تتطلب مستشعرات الجرافين استخدام المعادن الثمينة التي تُستخدم عادةً لزيادة أداء المستشعرات الكهروكيميائية. لذلك ، [هذه] التكنولوجيا يمكن حقًا استخدامها من قبل الجماهير للإلكترونيات وأجهزة الاستشعار المرنة / منخفضة التكلفة. "
- سيلينا ماينرز ، المعهد الوطني للأغذية والزراعة
المصدر: مدونة وزارة الزراعة الأمريكية