Ученые создали датчик, который обнаруживает следы пестицидов на фруктах за считанные минуты

Шведские ученые разработали датчик, способный обнаруживать следы пестицидов на пищевых продуктах. Датчик успешно прошел тестирование фруктов, обнаружив запрещенные пестициды во многих странах всего за пять минут, не повредив фрукты. Хотя наносенсоры все еще находятся на ранних стадиях разработки, ученые надеются, что эти простые в использовании устройства помогут проверить безопасность пищевых продуктов до их употребления.

Средства защиты растений используются во всем мире. Без них не было бы современного сельского хозяйства. Урожаю угрожают насекомые, грибки и другие микробы. Если не применять защиту, урожай может быть очень плохим. В более развитых странах это означает меньшую прибыль для фермеров, но в некоторых частях земного шара более низкие урожаи просто означают голод.

Однако сегодня пестициды часто используются в профилактических целях. На всякий случай. Фермер не знает, что угрожает его посевам, поэтому использует раствор, защищающий от всех известных угроз и в максимально допустимых дозах. И эти отношения небезразличны для нашего здоровья.

Изобретение ученых из Каролинского института повысит осведомленность потребителей о пестицидах, присутствующих в пищевых продуктах, доступных в магазинах. Крошечный датчик, который они построили, был описан на страницах Advanced Science ( DOI: 10.1002/advs.202201133 ).

Обнаружение следов пестицидов

«Отчеты показывают, что до половины всех фруктов, продаваемых в ЕС, содержат остатки пестицидов, которые в больших количествах связаны с проблемами со здоровьем человека», — говорит Георгиос Сотириу из Каролинского института. Однако современные методы обнаружения пестицидов в отдельных продуктах перед употреблением на практике ограничены высокой стоимостью и громоздкостью производства датчиков. Чтобы исправить это, мы разработали недорогие наносенсоры, которые можно использовать для отслеживания следов пестицидов на фруктах, например, в магазине», — добавляет он.

В новых наносенсорах используется открытие 1970-х годов, известное как улучшенная рамановская спектроскопия поверхности (SERS). Это мощный исследовательский метод, основанный на измерении рамановского рассеяния, благодаря которому можно увеличить интенсивность диагностических сигналов биомолекул, абсорбированных на поверхности металла. Сила сигнала зависит от многих факторов, но при правильных условиях он может усилить сигнал до миллиона раз.

SERS используется в нескольких областях исследований, включая химический анализ и анализ окружающей среды, а также обнаружение биомаркеров различных заболеваний. Однако высокая стоимость и ограниченная воспроизводимость до сих пор препятствовали широкому применению этого метода в диагностике безопасности пищевых продуктов.

Технология с большим потенциалом

В этом новом исследовании ученые разработали наносенсор SERS с использованием пламенного (термического) напыления, хорошо зарекомендовавшего себя и экономичного метода нанесения покрытия, который изображает расплавленные или нагретые материалы на заданной подложке. В этом случае исследователи создали покрытие из наночастиц серебра на поверхности стекла.

Распыление пламенем можно использовать для быстрого создания однородных слоев SERS на больших площадях, устраняя одно из основных препятствий для масштабируемости, говорит Хайпэн Ли, первый автор исследования.

Ученые усовершенствовали технику распыления, чтобы уменьшить расстояние между отдельными наночастицами серебра и повысить их чувствительность. По словам исследователей, во время испытаний датчики надежно обнаруживали молекулярные сигналы, и их производительность оставалась неизменной в течение 2,5 месяцев, что подчеркивает их потенциал.

Это займет всего пять минут

Ученые откалибровали свои датчики для обнаружения низких концентраций этила паратиона, токсичного сельскохозяйственного инсектицида, который запрещен или ограничен в большинстве стран мира. Крошечный датчик легко обнаружил следы агента на яблоках, ранее обработанных пестицидом.

«Наши датчики могут обнаруживать остатки пестицидов на поверхности яблок за короткое время — пять минут — без повреждения плодов», — говорит Хайпэн Ли. – Хотя наши датчики еще предстоит проверить в более крупных исследованиях, мы предлагаем практическую возможность проверить безопасность пищевых продуктов в больших масштабах перед их употреблением, – добавляет он.

В дальнейшей работе команда ученых нацелена на разработку датчиков для выявления различных заболеваний. Такие устройства были бы большим подспорьем для бедных регионов, где нет современных лабораторий.