Un studiu recent publicat în revista Surfaces and Interfaces prezintă dezvoltarea unui senzor capabil să identifice cantități extrem de mici de glifosat, unul dintre cele mai utilizate erbicide în agricultură. Această tehnologie ar putea contribui, în viitor, la monitorizarea mai eficientă a calității apei. Dispozitivul combină tehnologia undelor acustice de suprafață cu un material polimeric special conceput pentru a recunoaște selectiv moleculele de glifosat.
Cercetarea, coordonată de IMT București, a fost realizată în colaborare cu INCDFM și ICECHIM, reunind expertiză în dezvoltarea senzorilor, sinteza materialelor și caracterizarea fizico-chimică a acestora.
Detectarea glifosatului: o provocare pentru monitorizarea calității apei
Utilizarea pe scară largă a glifosatului ridică preocupări legate de prezența reziduurilor acestuia în sol și apă, precum și de posibilele efecte asupra ecosistemelor și sănătății umane. Detectarea chiar și a unor cantități foarte mici de erbicide este, prin urmare, importantă pentru monitorizarea calității apei și protecția mediului. Metodele utilizate în prezent pentru detectarea glifosatului pot oferi rezultate foarte precise, însă necesită adesea echipamente costisitoare, personal specializat și analize complexe. De aceea, cercetătorii caută soluții mai simple și mai accesibile, care să permită identificarea rapidă a poluanților din apă.
Cum funcționează materialul care recunoaște glifosatul?
Elementul central al senzorului este un material polimeric pe bază de chitosan, un biopolimer biodegradabil, care poate fi modificat pentru a recunoaște anumite molecule. În timpul preparării, moleculele de glifosat sunt introduse în material, iar apoi îndepărtate, lăsând în urmă mici cavități care le reproduc caracteristicile. Acestea funcționează asemenea unor amprente moleculare, permițând materialului să recunoască selectiv glifosatul atunci când intră în contact cu o probă de apă. Materialul este depus pe suprafața unui senzor care funcționează cu ajutorul undelor acustice. Atunci când moleculele de glifosat se fixează în cavități, ele modifică propagarea acestor unde, iar senzorul înregistrează schimbarea semnalului. Astfel, prezența glifosatului poate fi identificată chiar și la concentrații foarte reduse.
Sensibilitate ridicată pentru detectarea poluanților din apă
Pentru a evalua performanțele senzorului, cercetătorii au realizat teste atât în condiții controlate de laborator, cât și pe probe de apă prelevate din râul Olt, în care au fost adăugate cantități cunoscute de glifosat.
Rezultatele au arătat că senzorul poate detecta urme extrem de mici de glifosat, chiar și în probe de apă cu o compoziție chimică mai complexă. În cazul apei din râul Olt, limita de detecție a fost de numai 0,12 părți per miliard (ppb), ceea ce corespunde unei concentrații de aproximativ 0,12 micrograme de glifosat într-un litru de apă.
Un alt avantaj important este capacitatea senzorului de a recunoaște selectiv glifosatul, diferențiindu-l de alte substanțe utilizate în agricultură, precum glufosinatul, clorpirifosul și fosmetul. Această proprietate este esențială pentru analiza probelor de apă, în care pot fi prezente simultan mai multe substanțe chimice.
Rolul caracterizării avansate: contribuția INCDFM
Pentru a înțelege proprietățile materialului utilizat în senzor, cercetătorii au investigat și modificările chimice care apar la suprafața acestuia în timpul preparării. În cadrul studiului, Dr. Dana Popescu (INCDFM) a realizat analize prin spectroscopie de fotoelectroni X (XPS), o tehnică ce permite identificarea elementelor chimice prezente la suprafața materialelor și oferă informații despre legăturile chimice ale acestora.
Analizele au evidențiat modificări ale grupărilor chimice din structura polimerului. Un rezultat important a fost identificarea fosforului, prezent în molecula de glifosat, și reducerea concentrației acestuia după procesul de extracție. Această scădere indică îndepărtarea unei părți a glifosatului din regiunea superficială a materialului, în concordanță cu procesul de formare a cavităților care permit recunoașterea selectivă a moleculelor de erbicid.
Caracterizarea XPS realizată la INCDFM a completat celelalte investigații ale materialului, contribuind la înțelegerea modificărilor chimice asociate preparării stratului sensibil al senzorului.
Perspective: către o monitorizare mai eficientă a calității apei
Identificarea poluanților, chiar și atunci când sunt prezenți în cantități foarte mici, este importantă pentru protejarea resurselor de apă și a mediului înconjurător.
Senzorul dezvoltat în cadrul acestui studiu reprezintă o direcție promițătoare pentru realizarea unor metode de analiză mai accesibile și mai ușor de utilizat. Deși sunt necesare cercetări suplimentare pentru îmbunătățirea stabilității și evaluarea funcționării pe termen lung, rezultatele obținute arată cum materiale special concepute pot contribui la detectarea unor substanțe poluante.
Studiul arată cum cercetători din domenii diferite pot colabora pentru a dezvolta tehnologii care, în viitor, ar putea contribui la protejarea resurselor de apă și a mediului înconjurător.
Figura 1.Reprezentare schematică a etapelor de obținere a stratului polimeric cu amprentă moleculară (MIP), utilizat pentru funcționalizarea senzorului SAW. După formarea matricei polimerice, moleculele de glifosat sunt extrase, lăsând cavități care favorizează recunoașterea selectivă a acestora. Imagine preluată din Baracu et al., Surfaces and Interfaces 97 (2026), Figura 1.
Articol original:
Baracu, A. M.; Obreja, C. A.; Buiculescu, V.; Gavrila, R.; Țucureanu, V.; Popescu, D. G.; Trica, B.; Stoian, M. C. Surface acoustic wave sensor based on molecularly imprinted polymer for highly sensitive detection of glyphosate. Surfaces and Interfaces (2026), 97, 110072 DOI: 10.1016/j.surfin.2026.110072
Text realizat de Dr. Dana Popescu (INCDFM), coautoare a studiului.