Onderzoekers van het Zweedse Karolinska Instituut hebben een piepkleine sensor ontwikkeld die binnen enkele minuten residuen van gewasbeschermingsmiddelen op fruit kan detecteren. De techniek, die in het blad Advanced Science als proof of concept wordt omschreven, maakt gebruik van thermisch gespoten zilver nanodeeltjes om het signaal van de chemicaliën te versterken. Hoewel de techniek nog in ontwikkeling is, hopen de onderzoekers dat dit type nanosensoren gebruikt kan worden om residuen van gewasbeschermingsmiddelen in groenten en fruit nog voor consumptie te ontdekken.
"Uit rapporten blijkt dat de helft van al het fruit dat in de EU wordt verkocht residuen van gewasbeschermingsmiddelen bevat die in verband worden gebracht met gezondheidsproblemen bij de mens," zegt Georgios Sotiriou, hoofdonderzoeker van de faculteit Microbiologie, Tumor- en Celbiologie van het Karolinska Instituut. "De huidige technieken voor het opsporen van residuen worden in de praktijk slechts beperkt toegepast vanwege de hoge kosten en de omslachtige fabricage van de sensoren. Om een einde aan dit probleem te maken, ontwikkelden wij een goedkope en eenvoudig reproduceerbare nanosensor, die bijvoorbeeld kan worden gebruikt voor het detecteren van sporen van gewasbeschermingsmiddelen op fruit in winkels."
Voor de nieuwe nanosensoren wordt een ontdekking uit de jaren zeventig toegepast, namelijk SERS (Surface-enhanced Raman spectroscopy). Deze krachtige detectietechniek is in staat om de diagnostische signalen van biomoleculen op metalen oppervlakten een miljoen keer te versterken. De technologie wordt in meerdere onderzoeksgebieden toegepast, zoals voor het detecteren van biomarkers voor ziekten. De hoge productiekosten en beperkte reproduceerbaarheid stonden tot dusver de brede toepassing van deze techniek voor het verbeteren van de voedselveiligheid in de weg.
Thermische spuittechniek
Voor het onderzoek in kwestie creëren de onderzoekers een SERS-nanosensor door middel van thermisch spuiten, een bekende, voordelige techniek voor het aanbrengen van metalen coatings, om kleine zilverdruppels op een glazen oppervlak aan te brengen.
"Thermisch spuiten is bruikbaar om snel uniforme SERS-lagen om grote oppervlakten aan te brengen, waarmee het probleem van de beperkte schaalbaarheid wordt opgeheven," zegt Haipeng Li, onderzoeker en eerste auteur van het onderzoek.
Op appelen gedetecteerde residuen
Om de praktische toepassing van de sensoren te testen, kalibreerden de onderzoekers een sensor om lage concentraties parathion-ethyl te meten, een giftig insecticide, waarvan het gebruik in veel landen verboden of gereguleerd is. Er werd een kleine hoeveelheid parathion-ethyl op een deel van een appel aangebracht. Daarna werden de residuen verzameld met een wattenstaafje dat in een oplossing was gedompeld die de moleculen van het gewasbeschermingsmiddel oplost. De oplossing werd op de sensor gedruppeld die de aanwezigheid van residuen van gewasbeschermingsmiddel bevestigde.
Het onderzoek werd gefinancierd door de European Research Council (ERC), het Karolinska Instituut, de Zweedse Stichting voor Strategisch Onderzoek (SSF) en de Zweedse Onderzoeksraad.
Voor meer informatie: eurekalert.org