Onderzoekers van het Karolinska Institutet in Zweden hebben een kleine sensor ontwikkeld die in slechts een paar minuten tijd pesticiden op fruit detecteert. De techniek, beschreven als een proof-of-concept in een paper in het tijdschrift Advanced Science , maakt gebruik van vlamspuitende nanodeeltjes gemaakt van zilver om het signaal van chemicaliën te versterken. Hoewel ze zich nog in een vroeg stadium bevinden, hopen de onderzoekers dat deze nanosensoren kunnen helpen bij het opsporen van voedselpesticiden vóór consumptie.

"Uit rapporten blijkt dat tot de helft van al het fruit dat in de EU wordt verkocht, residuen van bestrijdingsmiddelen bevat die in grotere hoeveelheden in verband worden gebracht met gezondheidsproblemen bij de mens", zegt Georgios Sotiriou, hoofdonderzoeker bij de afdeling Microbiologie, Tumor en Celbiologie, Karolinska Institutet, en de corresponderende auteur van de studie. "De huidige technieken voor het detecteren van pesticiden op afzonderlijke producten vóór consumptie worden in de praktijk echter beperkt door de hoge kosten en omslachtige fabricage van de sensoren. Om dit te verhelpen, hebben we goedkope en reproduceerbare nanosensoren ontwikkeld die kunnen worden gebruikt om sporen van fruitpesticiden te controleren in — bijvoorbeeld — de winkel."

De nieuwe nanosensoren maken gebruik van een ontdekking uit de jaren 70 die bekend staat als oppervlakteversterkte Raman-verstrooiing, of SERS, een krachtige detectietechniek die de diagnostische signalen van biomoleculen op metalen oppervlakken met meer dan 1 miljoen keer kan verhogen. De technologie is gebruikt in verschillende onderzoeksgebieden, waaronder chemische en omgevingsanalyse en om biomarkers voor verschillende ziekten te detecteren. Hoge productiekosten en beperkte reproduceerbaarheid van batch tot batch hebben tot nu toe echter een wijdverbreide toepassing in de voedselveiligheidsdiagnostiek belemmerd.

Vlamspuittechnologie

In de huidige studie hebben de onderzoekers een SERS-nanosensor gemaakt door vlamspray te gebruiken - een gevestigde en kosteneffectieve techniek voor het afzetten van een metalen coating - om kleine druppeltjes zilveren nanodeeltjes op een glazen oppervlak af te leveren.

"De vlamspray kan worden gebruikt om snel uniforme SERS-films over grote gebieden te produceren, waardoor een van de belangrijkste belemmeringen voor schaalbaarheid wordt weggenomen", zegt Haipeng Li, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Sotiriou en de eerste auteur van het onderzoek.

De onderzoekers verfijnden vervolgens de afstand tussen de afzonderlijke zilveren nanodeeltjes om hun gevoeligheid te vergroten. Om hun stofdetecterende vermogen te testen, brachten ze een dunne laag tracerkleurstof aan op de sensoren en gebruikten ze een spectrometer om hun moleculaire vingerafdrukken bloot te leggen. De sensoren detecteerden betrouwbaar en uniform de moleculaire signalen en hun prestaties bleven intact wanneer ze na 2,5 maand opnieuw werden getest, wat volgens de onderzoekers hun houdbaarheidspotentieel en haalbaarheid voor grootschalige productie onderstreept.

Gedetecteerde pesticiden op appels

Om de praktische toepassing van de sensoren te testen, hebben de onderzoekers ze gekalibreerd om lage concentraties parathion-ethyl te detecteren, een giftig landbouwinsecticide dat in de meeste landen verboden of beperkt is. Een kleine hoeveelheid parathion-ethyl werd op een deel van een appel gedaan. De resten werden later verzameld met een wattenstaafje dat werd ondergedompeld in een oplossing om de pesticidemoleculen op te lossen. De oplossing viel op de sensor, wat de aanwezigheid van pesticiden bevestigde.

"Onze sensoren kunnen in korte tijd van vijf minuten residuen van bestrijdingsmiddelen op appeloppervlakken detecteren zonder het fruit te vernietigen", zegt Haipeng Li. "Hoewel ze moeten worden gevalideerd in grotere onderzoeken, bieden we een proof-of-concept praktische toepassing voor voedselveiligheidstests op grote schaal vóór consumptie."

Vervolgens willen de onderzoekers onderzoeken of de nanosensoren kunnen worden toegepast op andere gebieden, zoals het ontdekken van biomarkers voor specifieke ziekten op het zorgpunt in omgevingen met beperkte middelen. + Verder verkennen

Extreem gevoelige nanosensoren kunnen sporen van moleculen detecteren