Ultra-sensitive optical sensor system for simultaneous, in-situ detection of multiple pesticides in surface and ground waters

I nyere tid har klimaet vårt gjennomgått betydelige endringer, noe som fører til ekstreme værforhold som flom og tørke. Dessverre kan disse hendelsene igjen føre til en økning av plantevernmidler i våre vannsystemer, som utgjør potensielle farer for ulike aspekter av vårt miljø og økonomi. De eksisterende metodene for testing av vannkvalitet er ikke raske nok til å identifisere disse problemene. STARDUST-prosjektet har som målsetning å utvikle et innovativt overvåkingsverktøy som benytter det avanserte måleprinsippet SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) integrert med mikrofluidikk. Denne teknologien gir hurtig respons, slik at vi raskt kan oppdage og analysere plantevernmidler i både overflate- og grunnvann. I tillegg til teknologiske fremskritt, vil STARDUST bruke nedbørsprognoser for å optimalisere planer for prøvetaking. Dette inkluderer engasjering av innbyggerne i innsamlingsaksjoner av vannprøver i perioder med betydelig nedbør, som vil gi verdifull innsikt i sammenhengen mellom ekstreme værforhold og vannkvalitet. De innsamlede dataene, inkludert identifisering av plantevernmidler og deres konsentrasjoner, vil bli gjort tilgjengelig for offentligheten. Vårt mål er å sikre åpenhet og muliggjøre informerte beslutninger om vannsikkerhet og kvalitet. I en verden der usikkerhet rundt klima blir stadig tydeligere, er STARDUST-prosjektet et viktig initiativ for å styrke våre muligheter for overvåking av vannkvalitet. Ved å kombinere banebrytende teknologi med strategisk samarbeid og samfunnsengasjement, etterstreber vi å beskytte tryggheten til vannressursene våre.

Hydro-climatic extremes, such as droughts and floods, have increased due to climate change and could lead to severe impacts on socio-economic, structural, and environmental sectors. Soil water assessment models have shown that pesticides are transported into waterways because of intense rainfall events. Current monitoring methods are not suited to the detection of such water quality impacts, which can deplete invertebrate populations and impact biodiversity and ecosystem health very rapidly. Many surface- and groundwaters are used as sources of drinking water, and therefore the occurrence of chemicals is problematic for water treatment facilities. Rapid, real-time sensing technologies do not exist yet but are urgently needed to address this. The STARDUST project aims to develop a first-of-its-kind, integrated optical system combined with smart spectral data processing methodology, for multiplexed monitoring of pesticides in surface and ground waters, and to understand the impact of extreme hydroclimatic events on water quality in the context of pesticide occurrence. We will develop a sensor based on surface-enhanced Raman spectroscopy fully integrated with microfluidics targeting the detection of pesticides, pesticide mixtures, and metabolites in surface and ground waters. Secondly, we will use rainfall forecasts to identify sampling times for passive sampling and citizen scientist co-created events, to gather samples that are specifically linked to rainfall events. This will build on existing monitoring programmes, but, more critically, will identify the climate-related water quality impacts. The results of passive sampling will identify target pesticide compounds to be addressed with the developed novel sensor and a database of detected pesticides will be compiled and shared publicly.