Nano-sensor registrerer pesticider på frugt på få minutter

Forskere ved Karolinska Institutet i Sverige har udviklet en lillebitte sensor til at detektere pesticider på frugt på få minutter. Teknikken, beskrevet som et proof-of-concept i en artikel i tidsskriftet Advanced Science , bruger flammesprøjtede nanopartikler lavet af sølv til at øge signalet fra kemikalier. Mens de stadig er på et tidligt stadium, håber forskerne, at disse nanosensorer kan hjælpe med at afdække fødevarepesticider før indtagelse.

"Rapporter viser, at op mod halvdelen af ​​alle frugter, der sælges i EU, indeholder pesticidrester, der i større mængder har været forbundet med menneskers helbredsproblemer," siger Georgios Sotiriou, hovedforsker ved Institut for Mikrobiologi, Tumor og Cellebiologi, Karolinska Institutet. og undersøgelsens tilsvarende forfatter. "Men de nuværende teknikker til påvisning af pesticider på enkelte produkter før forbrug begrænses i praksis af de høje omkostninger og den besværlige fremstilling af dets sensorer. For at overvinde dette udviklede vi billige og reproducerbare nano-sensorer, der kunne bruges til at overvåge spor af frugtpesticider. i for eksempel butikken."

De nye nano-sensorer anvender en opdagelse fra 1970'erne kendt som overfladeforstærket Raman-spredning eller SERS, en kraftfuld sensorteknik, der kan øge de diagnostiske signaler fra biomolekyler på metaloverflader med mere end 1 million gange. Teknologien er blevet brugt i flere forskningsfelter, herunder kemiske og miljømæssige analyser samt til at påvise biomarkører for forskellige sygdomme. Imidlertid har høje produktionsomkostninger og begrænset batch-til-batch-reproducerbarhed hidtil hindret udbredt anvendelse inden for fødevaresikkerhedsdiagnostik.

Flamesprayteknologi

I den aktuelle undersøgelse skabte forskerne en SERS nano-sensor ved at bruge flammespray – en veletableret og omkostningseffektiv teknik til at afsætte metallisk belægning – til at levere små dråber af sølv nanopartikler på en glasoverflade.

"Flammesprayen kan bruges til hurtigt at producere ensartede SERS-film på tværs af store områder, hvilket fjerner en af ​​de vigtigste barrierer for skalerbarhed," siger Haipeng Li, en postdoc-forsker i Sotirious laboratorium og undersøgelsens første forfatter.

Forskerne finjusterede derefter afstanden mellem de individuelle sølvnanopartikler for at øge deres følsomhed. For at teste deres evne til at detektere stoffer påførte de et tyndt lag sporfarvestof oven på sensorerne og brugte et spektrometer til at afdække deres molekylære fingeraftryk. Sensorerne detekterede pålideligt og ensartet de molekylære signaler, og deres ydeevne forblev intakt, når de blev testet igen efter 2,5 måneder, hvilket understreger deres holdbarhedspotentiale og gennemførlighed for produktion i stor skala, ifølge forskerne.

Opdaget pesticider på æbler

For at teste sensorernes praktiske anvendelse kalibrerede forskerne dem til at opdage lave koncentrationer af parathion-ethyl, et giftigt landbrugsinsekticid, der er forbudt eller begrænset i de fleste lande. En lille mængde parathion-ethyl blev anbragt på en del af et æble. Resterne blev senere opsamlet med en vatpind, der blev nedsænket i en opløsning for at opløse pesticidmolekylerne. Opløsningen blev tabt på sensoren, hvilket bekræftede tilstedeværelsen af ​​pesticider.

"Vores sensorer kan registrere pesticidrester på æbleoverflader på kort tid på fem minutter uden at ødelægge frugten," siger Haipeng Li. "Mens de skal valideres i større undersøgelser, tilbyder vi en proof-of-concept praktisk applikation til fødevaresikkerhedstest i skala før forbrug."

Dernæst vil forskerne undersøge, om nanosensorerne kan anvendes på andre områder, såsom at opdage biomarkører for specifikke sygdomme på plejestedet i ressourcebegrænsede omgivelser. + Udforsk yderligere

Ekstremt følsomme nanosensorer kan registrere spormængder af molekyler