Forskare vid Karolinska Institutet har utvecklat en liten sensor som kan avslöja rester av bekämpningsmedel på frukt på bara några minuter. Sensorn består av flamsprutade nanopartiklar gjorda av silver och ökar känsligheten för kemikaliernas signaler.
Enligt forskarna skulle konceptet, som beskrivs i tidskriften Advanced Science, i framtiden kunna användas för att upptäcka bekämpningsmedel på livsmedel innan konsumtion.
– Rapporter visar att drygt hälften av all frukt som säljs inom EU innehåller spår av bekämpningsmedel som i högre doser har kopplats till hälsoproblem hos människor. I praktiken är det dock svårt att testa enskilda produkter innan konsumtion då dagens metoder innehåller dyra och svårtillverkade sensorer. För att komma runt detta problem har vi utvecklat en billig och reproducerbar nanosensor som kan användas för att mäta rester av bekämpningsmedel på frukt i exempelvis butiken, säger Georgios Sotiriou, senior forskare vid institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi, Karolinska Institutet, och studiens korresponderande författare.
Bygger på upptäckt från 70-talet
De nyutvecklade nanosensorerna bygger på en upptäckt från 1970-talet kallad ytförstärkt Ramanspridning, eller SERS efter engelskans surface-enhanced Raman scattering. Det är en teknik som kan förstärka molekylära signaler på metallytor med mer än en miljon gånger. Tekniken används inom flera forskningsfält, bland annat inom kemi- och miljöanalys och för att upptäcka biomarkörer för olika sjukdomar. Inom livsmedelssäkerhet har dock användningen begränsats på grund av höga kostnader och problem med att återskapa sensorerna i större omfattning.
I den aktuella studien skapade forskarna SERS nanosensorer med hjälp av flamsprutning, en väletablerad och kostnadseffektiv beläggningsteknik för metaller.
– Flamsprutning kan användas för att snabbt producera enhetliga sensorbeläggningar över stora ytor, vilket tar bort ett av de största hindren för skalbarhet, förklarar Haipeng Li, forskare i Sotirious labb och studiens försteförfattare.
Med flamsprutning levererades små droppar av silvernanopartiklar på en glasyta. Distansen mellan nanopartiklarna finjusterades för att förstärka deras känslighet. Ett tunt lager av ett spårämne applicerades på sensorn och studerades via ett spektroskop. Studien visade att sensorerna konsekvent registrerade de molekylära signalerna. Prestandan förblev intakt vid upprepad testning efter cirka 2.5 månader, vilket enligt forskarna visar på sensorernas hållbarhet och lämplighet för storskalig produktion.
För att testa sensorernas praktiska tillämpning kalibrerade forskarna dem till att upptäcka låga koncentrationer av paration-etyl, ett giftigt insektsdödande medel som förbjudits eller begränsats i de flesta länder. En liten mängd paration-etyl applicerades på ett äpple. Rester av ämnet samlades in med hjälp av en bomullspinne och blandades i ett rör med en lösning för att frigöra molekylerna. Några droppar av lösningen applicerades på sensorn, som bekräftade förekomsten av bekämpningsmedlet.
– Våra sensorer kan avslöja rester av bekämpningsmedel på äpplen inom bara fem minuter utan att förstöra frukten. Även om tekniken behöver valideras i större studier så demonstrerar vi här att konceptet fungerar för att testa livsmedel i större omfattning innan konsumtion, säger Haipeng Li.
Härnäst vill forskarna undersöka om nanosensorerna kan användas inom andra områden, till exempel för att upptäcka biomarkörer för specifika sjukdomar i vårdmiljöer med begränsade resurser.
Forskningen har finansierats med stöd från European Research Council (ERC), Karolinska Institutet, Stiftelsen för strategisk forskning och Vetenskapsrådet.
Läs mer
Publikation: “SERS Hotspot Engineering by Aerosol Self-Assembly of Plasmonic Ag Nanoaggregates with Tunable Interparticle Distance.” Haipeng Li, Padryk Merkl, Jens Sommertune, Thomas Thersleff, and Georgios A. Sotiriou, Advanced Science, online 7 juni, 2022, doi: 10.1002/advs.202201133
