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Karolinska Institutet, Schweden

Nanosensor kann Rückstände auf Früchten innerhalb von Minuten erkennen

Forschende des schwedischen Karolinska Institutet haben einen winzigen Sensor entwickelt, der innerhalb von Minuten Pestizidrückstände auf Früchten erkennen kann. Die Technik, die in der Zeitschrift Advanced Science als Proof of Concept beschrieben wurde, nutzt mit Flammen besprühte Nanopartikel aus Silber, um das Signal von Chemikalien zu verstärken. Obwohl sich die Technik noch in der Entwicklung befindet, hoffen die Forscher, dass mit dieser Art von Nanosensor Rückstände von Pflanzenschutzmitteln in Obst und Gemüse vor dem Verzehr nachgewiesen werden können.

„Berichte zeigen, dass die Hälfte aller in der EU verkauften Früchte Pestizidrückstände enthält, die mit Problemen für die menschliche Gesundheit in Verbindung gebracht werden“, so Georgios Sotiriou, Hauptforscher der Fakultät für Mikrobiologie, Tumor- und Zellbiologie am Karolinska Institutet. „Aktuelle Techniken zur Detektion von Rückständen sind in der Praxis aufgrund der hohen Kosten und der aufwendigen Herstellung der Sensoren nur bedingt brauchbar. Um diesem Problem ein Ende zu bereiten, haben wir einen kostengünstigen und gut reproduzierbaren Nanosensor entwickelt, mit dem sich beispielsweise Spuren von Pflanzenschutzmitteln auf Obst in Geschäften nachweisen lassen.“

Für die neuen Nanosensoren wird eine Entdeckung aus den 1970er Jahren genutzt, nämlich SERS (Surface-enhanced Raman spectroscopy). Diese leistungsstarke Detektionstechnik ist in der Lage, die diagnostischen Signale von Biomolekülen auf Metalloberflächen millionenfach zu verstärken. Die Technologie wird in mehreren Forschungsbereichen eingesetzt, beispielsweise beim Nachweis von Biomarkern für Krankheiten. Die hohen Produktionskosten und die begrenzte Reproduzierbarkeit haben bisher die breite Anwendung dieser Technik zur Verbesserung der Lebensmittelsicherheit verhindert.

Flammspritzen-Technologie
In der aktuellen Studie schufen die Forscher einen SERS-Nanosensor, indem sie Flammspritzen - eine etablierte und kostengünstige Technik zur Aufbringung von Metallbeschichtungen - einsetzten, um kleine Tröpfchen mit Silber-Nanopartikeln auf eine Glasoberfläche aufzubringen. „Mit dem Flammspritzen lassen sich schnell gleichmäßige SERS-Schichten auf großen Flächen erzeugen, wodurch eines der Haupthindernisse für die Skalierbarkeit beseitigt wird“, erklärt Haipeng Li, Postdoktorand in Sotirious Labor und Erstautor der Studie.

Rückstände an Äpfeln festgestellt
Um die praktische Anwendbarkeit der Sensoren zu testen, kalibrierten die Forscher sie so, dass sie geringe Konzentrationen von Parathion-Ethyl erkennen, einem giftigen Insektizid für die Landwirtschaft, das in den meisten Ländern verboten oder eingeschränkt ist. Eine kleine Menge Parathion-Ethyl wurde auf einen Apfel aufgetragen. Die Rückstände wurden später mit einem Wattestäbchen aufgenommen, das in eine Lösung getaucht wurde, um die Pestizidmoleküle aufzulösen. Die Lösung wurde auf den Sensor getropft, der das Vorhandensein von Pestiziden bestätigte.

Als Nächstes wollen die Forscher untersuchen, ob die Nanosensoren auch in anderen Bereichen eingesetzt werden können, z. B. bei der Entdeckung von Biomarkern für bestimmte Krankheiten am Ort der Behandlung in ressourcenbeschränkten Gebieten.

Die Forschung wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC), dem Karolinska Institutet, der schwedischen Stiftung für strategische Forschung (SSF) und dem schwedischen Forschungsrat finanziert.

Für weitere Informationen:
eurekalert.org


Erscheinungsdatum:



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