Quand est-ce que trop d’une bonne chose devient une mauvaise chose ? C'est la question Jonathan Claussen, professeur adjoint à Département de génie mécanique de l'Iowa State University, et son équipe de chercheurs visent à aider les agriculteurs à répondre à l'utilisation de pesticides. La sous-exploitation peut nuire aux cultures des agriculteurs, tandis que la surexploitation peut entraîner un ruissellement dans le sol ou les cours d'eau.
Claussen et son équipe ont créé un biocapteur flexible, peu coûteux et jetable, capable de détecter les pesticides dans le sol. Ce biocapteur est constitué de graphène, une nanoparticule solide et stable, et fournit une rétroaction instantanée, par opposition au temps et à l'argent qu'il faudrait autrement pour envoyer un échantillon à un laboratoire et attendre les résultats.
Institut national de l'alimentation et de l'agriculture de l'USDA a soutenu le projet avec un Initiative de recherche sur l'agriculture et l'alimentation subvention dans le cadre du Programme de nanotechnologie.
Le biocapteur est fabriqué en imprimant d’abord de l’encre graphène sur du papier. Un laser trace ensuite sur l'encre pour améliorer sa conductivité électrique en soudant ensemble des flocons d'encre de graphène, créant ainsi une surface nanostructurée en trois dimensions.
"Les flocons ressemblent presque à des pétales de rose sortant de la surface du papier", a déclaré Claussen. "Ils constituent le matériau de base sur lequel tester le sol."
Pour ce faire, le biocapteur est plongé dans une boue composée de terre et d’eau. Il est ensuite connecté à un lecteur électrochimique sur le terrain pour tester la présence de pesticides.
"C'est comme une bandelette de test de pH", a déclaré Claussen. Les résultats des tests peuvent aider les agriculteurs à comprendre rapidement la quantité de pesticides nécessaire pour maintenir des cultures saines et minimiser les dommages environnementaux. En outre, les résultats peuvent aider les agriculteurs à comprendre où des mesures correctives environnementales peuvent être nécessaires si une surutilisation des pesticides est évidente.
Le biocapteur a un grand potentiel d’utilisation au-delà de la communauté agricole. Ses propriétés peuvent être converties pour être utilisées dans les domaines biomédical, environnemental ou de la sécurité alimentaire, simplement en modifiant les composants biologiques qui y sont immobilisés.
« Ce qui me fascine le plus dans ce projet, c'est l'impact réel qu'il peut avoir », a déclaré Claussen. « Les capteurs au graphène ne nécessitent pas l’utilisation de métaux précieux généralement utilisés pour augmenter les performances des capteurs électrochimiques. Par conséquent, [cette] technologie pourrait vraiment être utilisée par le grand public pour des appareils électroniques et des capteurs flexibles et à faible coût.
—Sélina Meiners, Institut national de l'alimentation et de l'agriculture
Source : Blog de l'USDA