Наносенсор обнаруживает пестициды на фруктах за несколько минут

Исследователи из Каролинского института в Швеции разработали крошечный сенсор для обнаружения пестицидов на фруктах всего за несколько минут. Техника, описанная как доказательство концепции в статье в журнале Advanced Science, использует наночастицы серебра, полученные методом пламенного распыления, для усиления сигнала химических веществ. Хотя технология находится на ранней стадии, исследователи надеются, что такие наносенсоры смогут помочь выявить пестициды в пище до её употребления.

«Отчёты показывают, что до половины всех фруктов, продаваемых в ЕС, содержат остатки пестицидов, которые в больших количествах связаны с проблемами здоровья человека», — говорит Георгиос Сотириу, главный исследователь кафедры микробиологии, опухолей и клеточной биологии Каролинского института и автор-корреспондент исследования. — «Однако современные методы обнаружения пестицидов на отдельных продуктах перед употреблением на практике ограничены высокой стоимостью и громоздким производством своих сенсоров. Чтобы преодолеть это, мы разработали недорогие и воспроизводимые наносенсоры, которые можно использовать для мониторинга следов пестицидов на фруктах, например, прямо в магазине».

Новые наносенсоры используют открытие 1970-х годов, известное как поверхностно-усиленное комбинационное рассеяние (SERS). Это мощный метод сенсорики, который может усиливать диагностические сигналы биомолекул на металлических поверхностях более чем в 1 миллион раз. Технология использовалась в нескольких областях исследований, включая химический и экологический анализ, а также для обнаружения биомаркеров различных заболеваний. Однако высокая стоимость производства и ограниченная воспроизводимость от партии к партии до сих пор препятствовали широкому применению в диагностике безопасности пищевых продуктов.

Технология пламенного распыления

В текущем исследовании учёные создали SERS-наносенсор, используя пламенное распыление — хорошо зарекомендовавший себя и экономичный метод нанесения металлического покрытия — для осаждения мелких капель наночастиц серебра на стеклянную поверхность.

«Пламенное распыление можно использовать для быстрого создания однородных SERS-плёнок на больших площадях, что устраняет одно из ключевых препятствий для масштабирования», — говорит Хайпэн Ли, постдокторант в лаборатории Сотириу и первый автор исследования.

Затем исследователи точно настроили расстояние между отдельными наночастицами серебра, чтобы повысить их чувствительность. Чтобы проверить способность сенсоров обнаруживать вещества, они нанесли тонкий слой индикаторного красителя поверх сенсоров и использовали спектрометр для выявления их молекулярных «отпечатков пальцев». Сенсоры надёжно и равномерно обнаруживали молекулярные сигналы, и их производительность оставалась неизменной при повторном тестировании через 2,5 месяца, что подчёркивает их потенциал срока хранения и осуществимость крупномасштабного производства.

Обнаружение пестицидов на яблоках

Чтобы проверить практическое применение сенсоров, исследователи откалибровали их для обнаружения низких концентраций паратион-этила — токсичного сельскохозяйственного инсектицида, запрещённого или ограниченного в большинстве стран. Небольшое количество паратион-этила поместили на часть яблока. Позже остатки собрали ватным тампоном, погружённым в раствор для растворения молекул пестицида. Раствор нанесли на сенсор, который подтвердил наличие пестицидов.

«Наши сенсоры могут обнаруживать остатки пестицидов на поверхности яблока за короткое время — пять минут — не разрушая плод», — говорит Хайпэн Ли. — «Хотя их необходимо проверить в более масштабных исследованиях, мы предлагаем практическое применение в качестве доказательства концепции для тестирования безопасности пищевых продуктов в больших масштабах перед употреблением».

Далее исследователи хотят выяснить, можно ли применять наносенсоры в других областях, например, для обнаружения биомаркеров конкретных заболеваний в местах оказания медицинской помощи в условиях ограниченных ресурсов.