Nanotechnologia

Czy można sprawdzić, czy owoc zawiera pozostałości pestycydów, bez niszczenia próbki i bez długiej analizy laboratoryjnej? Badacze z Karolinska Institutet w Szwecji opracowali miniaturowy nanosensor, który wykrywa śladowe ilości pestycydów na powierzchni owoców w ciągu kilku minut. Technologia wykorzystuje nanocząstki srebra oraz powierzchniowo wzmocnioną spektroskopię Ramana, znaną jako SERS.

Dlaczego szybkie wykrywanie pestycydów na owocach jest ważne?

Pozostałości pestycydów w żywności są jednym z kluczowych tematów związanych z bezpieczeństwem żywności. Z raportów przywoływanych przez naukowców wynika, że nawet połowa owoców sprzedawanych w Unii Europejskiej może zawierać pozostałości pestycydów. W większych ilościach niektóre z tych związków mogą być powiązane z problemami zdrowotnymi u ludzi.

Obecne metody analizy pojedynczych produktów bywają kosztowne, czasochłonne i wymagają specjalistycznego zaplecza laboratoryjnego. Dlatego naukowcy poszukują rozwiązań, które pozwolą szybko sprawdzać owoce przed spożyciem, na przykład w sklepie, magazynie, laboratorium kontroli jakości lub punkcie dystrybucji żywności.

Jak działa nanosensor SERS?

Nowy nanosensor wykorzystuje technikę SERS, czyli powierzchniowo wzmocnioną spektroskopię Ramana. Jest to metoda analityczna, która pozwala znacząco wzmocnić sygnał ramanowski cząsteczek znajdujących się na odpowiednio przygotowanej powierzchni metalicznej.

W praktyce oznacza to, że nawet niewielkie ilości substancji chemicznej mogą zostać wykryte dzięki charakterystycznej sygnaturze molekularnej. Taka sygnatura działa jak „odcisk palca” cząsteczki i pozwala rozpoznać obecność konkretnego związku chemicznego, w tym pozostałości pestycydów.

Rola nanocząstek srebra w wykrywaniu pestycydów

Sercem nanosensora są nanocząstki srebra naniesione na szklane podłoże metodą natryskiwania płomieniowego. To rozwiązanie ma znaczenie zarówno dla czułości czujnika, jak i dla możliwości jego produkcji na większą skalę.

Badacze precyzyjnie kontrolowali odległości między nanocząstkami srebra, aby zwiększyć czułość sensorów. Odpowiednio zaprojektowana nanostruktura wzmacnia sygnał molekularny badanej substancji, co umożliwia wykrywanie bardzo małych ilości pestycydu.

Test na jabłku: wykrywanie parationu metylowego

Aby sprawdzić praktyczne zastosowanie czujnika, naukowcy skalibrowali go pod kątem wykrywania niskich stężeń parationu metylowego. Jest to toksyczny insektycyd rolniczy, którego stosowanie jest zakazane lub ograniczone w większości krajów.

W badaniu niewielką ilość parationu metylowego naniesiono na fragment jabłka. Następnie pozostałości substancji zebrano wacikiem, rozpuszczono w odpowiednim roztworze i naniesiono na sensor. Czujnik potwierdził obecność szkodliwej substancji w ciągu około pięciu minut.

Według autorów badania czujnik może wykrywać pozostałości pestycydów na powierzchni jabłka bez niszczenia samego owocu. To ważne z punktu widzenia kontroli jakości, ponieważ szybkie i mało inwazyjne testy mogłyby być wykorzystywane przed sprzedażą lub spożyciem żywności.

Potencjalne zastosowania nanosensorów

Technologia nadal wymaga walidacji w badaniach prowadzonych na szerszą skalę. Jeżeli jej skuteczność zostanie potwierdzona, nanosensory SERS mogą znaleźć zastosowanie w szybkiej detekcji pestycydów na owocach, monitorowaniu bezpieczeństwa żywności oraz kontroli jakości produktów rolnych.

Naukowcy chcą także sprawdzić, czy podobne nanosensory można wykorzystać w innych obszarach, między innymi do wykrywania biomarkerów chorób w diagnostyce przyłóżkowej, szczególnie w regionach o ograniczonym dostępie do zaawansowanej infrastruktury medycznej.

Źródła

• Karolinska Institutet. „Nano-sensor detects pesticides on fruit in minutes.” ScienceDaily, 7 June 2022. <www.sciencedaily.com/releases/2022/06/220607121014.htm>.
• Haipeng Li, Padryk Merkl, Jens Sommertune, Thomas Thersleff, Georgios A. Sotiriou, „SERS Hotspot Engineering by Aerosol Self-Assembly of Plasmonic Ag Nanoaggregates with Tunable Interparticle Distance”, Advanced Science, 2022; 2201133. DOI: 10.1002/advs.202201133.