Forskare vid Karolinska Institutet i Sverige har utvecklat en liten sensor för att upptäcka bekämpningsmedel på frukt på bara några minuter. Tekniken, beskriven som ett proof-of-concept i en artikel i tidskriften Advanced Science , använder flamsprutade nanopartiklar gjorda av silver för att öka signalen från kemikalier. Medan de fortfarande är i ett tidigt skede hoppas forskarna att dessa nanosensorer kan hjälpa till att avslöja livsmedelsbekämpningsmedel före konsumtion.

– Rapporter visar att upp till hälften av all frukt som säljs i EU innehåller rester av bekämpningsmedel som i större mängd har kopplats till människors hälsoproblem, säger Georgios Sotiriou, huvudforskare vid institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi, Karolinska Institutet. och studiens motsvarande författare. "Men nuvarande tekniker för att upptäcka bekämpningsmedel på enskilda produkter före konsumtion begränsas i praktiken av den höga kostnaden och den besvärliga tillverkningen av dess sensorer. För att övervinna detta utvecklade vi billiga och reproducerbara nanosensorer som kan användas för att övervaka spår av fruktbekämpningsmedel. till exempel i butiken."

De nya nanosensorerna använder en upptäckt från 1970-talet som kallas ytförstärkt Raman-spridning, eller SERS, en kraftfull avkänningsteknik som kan öka de diagnostiska signalerna från biomolekyler på metallytor med mer än 1 miljon gånger. Tekniken har använts inom flera forskningsområden, bland annat kemisk och miljöanalys samt för att upptäcka biomarkörer för olika sjukdomar. Men höga produktionskostnader och begränsad reproducerbarhet från batch-till-batch har hittills hindrat en utbredd tillämpning inom livsmedelssäkerhetsdiagnostik.

Flamsprayteknik

I den aktuella studien skapade forskarna en SERS nanosensor genom att använda flamspray – en väletablerad och kostnadseffektiv teknik för att avsätta metallbeläggning – för att leverera små droppar av silvernanopartiklar på en glasyta.

"Flamsprayen kan användas för att snabbt producera enhetliga SERS-filmer över stora områden, vilket tar bort ett av de viktigaste hindren för skalbarhet", säger Haipeng Li, postdoktor vid Sotirious labb och studiens första författare.

Forskarna finjusterade sedan avståndet mellan de individuella silvernanopartiklarna för att öka deras känslighet. För att testa deras förmåga att upptäcka substanser, applicerade de ett tunt lager spårfärg ovanpå sensorerna och använde en spektrometer för att avslöja deras molekylära fingeravtryck. Sensorerna detekterade på ett tillförlitligt och enhetligt sätt de molekylära signalerna och deras prestanda förblev intakt när de testades igen efter 2,5 månader, vilket understryker deras hållbarhetspotential och genomförbarhet för storskalig produktion, enligt forskarna.

Detekterade bekämpningsmedel på äpplen

För att testa sensorernas praktiska tillämpning kalibrerade forskarna dem för att upptäcka låga koncentrationer av paration-etyl, en giftig jordbruksinsekticid som är förbjuden eller begränsad i de flesta länder. En liten mängd paration-etyl placerades på en del av ett äpple. Återstoderna samlades senare upp med en bomullspinne som nedsänktes i en lösning för att lösa upp bekämpningsmedelsmolekylerna. Lösningen släpptes på sensorn, vilket bekräftade förekomsten av bekämpningsmedel.

"Våra sensorer kan upptäcka bekämpningsmedelsrester på äpplens ytor på kort tid av fem minuter utan att förstöra frukten", säger Haipeng Li. "Medan de behöver valideras i större studier erbjuder vi en proof-of-concept praktisk tillämpning för testning av livsmedelssäkerhet i stor skala före konsumtion."

Därefter vill forskarna undersöka om nanosensorerna kan appliceras på andra områden, som att upptäcka biomarkörer för specifika sjukdomar vid vårdpunkten i resursbegränsade miljöer. + Utforska vidare

Extremt känsliga nanosensorer kan upptäcka spårmängder av molekyler