Neue Sensoren auf Nanopartikelbasis können Rückstände von Herbiziden in Lebensmitteln messen
Zwei neu entwickelte, kostengünstige Tests, die Nanopartikel zum Nachweis von Chemikalien verwenden, können winzige Mengen von zwei potenziell schädlichen Herbiziden in Obst, Gemüse und deren Produkten genau messen.
Photo by Ryan Pernofski on Unsplash
Wie in der Fachzeitschrift Food Chemistry berichtet wird , hat ein Forscherteam der Washington State University zwei Testmethoden angewandt, um den Gehalt an zwei Herbiziden, nämlich Atrazin und Acetochlor, in Proben von Äpfeln, Erdbeeren, Kohl, Mais und Fruchtsäften zu messen. Die Arbeit zeigt die Praxistauglichkeit ihrer einfach anzuwendenden und kostengünstigen Testmethoden.
"Wir haben diese Technologie für die Erkennung von realen Proben angewandt - ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Kommerzialisierung", sagte Annie Du, Forschungsprofessorin an der School of Mechanical and Materials Engineering der WSU und Hauptverantwortliche für das Projekt.
Die Food and Drug Administration (FDA) testet regelmäßig eine breite Palette von Waren auf etwa 800 Pestizidrückstände, und die Hersteller sind verpflichtet, die chemischen Rückstände in Lebensmitteln unter einem bestimmten Wert zu halten, der als sicher gilt. Die beiden Herbizide, die die Forscher gemessen haben, werden in den USA in großem Umfang in der Pflanzenproduktion eingesetzt. Bei hoher Exposition sind sie potenziell giftig für den Menschen und werden mit einer Reihe von Krankheiten in Verbindung gebracht, von Allergien über Hormonstörungen bis hin zu Krebs.
Für die Durchführung der Tests sind derzeit jedoch hochentwickelte und teure Instrumente sowie ein geschulter Techniker erforderlich.
"Wir wollen eine kostengünstige Methode entwickeln, die vor Ort oder im Labor eingesetzt werden kann", sagte Bernie Van Wie, korrespondierender Autor der Studie und Professor an der Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering der WSU.
In den letzten Jahren haben die Forscher ihre Idee entwickelt und patentieren lassen, bei der Nanopartikel aus Palladium und Platin zur Verstärkung des Signals von Molekülen eingesetzt werden. Die Nanopartikel heften sich an einen Antikörper, der die Chemikalie erkennt, und stimulieren dann die Produktion eines Signals. Durch die Verstärkung können die Forscher feststellen, dass winzige Mengen der Chemikalien vorhanden sind und in welcher Konzentration.
In dieser neuesten Arbeit verwendeten die Forscher die Nanopartikel in zwei Arten von Tests, um zwei Chemikalien gleichzeitig zu messen. Die Chemikalien wurden Obst- und Gemüseproben beigemischt, die in einem Mixer püriert wurden.
Bei einem der Tests katalysieren die Palladium-Platin-Nanopartikel eine Reaktion, die bei Vorhandensein des Herbizids eine Farbänderung in der Probe bewirkt. Der Test kann mit einem kleinen Gerät durchgeführt werden, das mit ins Feld genommen werden kann. Der andere von den Forschern entwickelte Test verwendet die Nanopartikel in einem kostengünstigen Papierstreifen, der wie ein COVID-19- oder Schwangerschaftstest aussieht und mit einem Smartphone-Lesegerät abgelesen werden kann.
Die Tests waren empfindlich genug, um die Chemikalien bis hinunter zu den zulässigen Höchstwerten zu messen, und wurden mit herkömmlichen Testmethoden validiert.
"Wir sind tatsächlich in der Lage, unterhalb der Höchstkonzentrationsgrenzen zu ermitteln. Wenn sich Pestizide oder Herbizide in der Probe befinden", so Van Wie. "Das ist gut, denn während dies mit anderen Methoden möglich ist, ist diese Methode kostengünstig und im Feld tragbar."
Du hat kürzlich ein Unternehmen gegründet, das mit dem WSU Office of Commercialization über die Lizenzierung der Technologie für weitere Anwendungen verhandelt. Die Arbeit wurde vom USDA/National Institute of Food and Agriculture (NIFA) Agriculture and Food Research Initiative (AFRI) Programm unterstützt (Zuschussnummer 2018-67021-27970).
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