火焰纳米颗粒沉积用于生产强大的纳米传感器，可以在几分钟内检测到苹果表面的农药残留。图片来源：李海鹏和 Georgios A Sotiriou。
瑞典卡罗林斯卡学院的研究人员开发了一种微型传感器，可在几分钟内检测水果上的农药。这项技术在《科学》杂志的一篇论文中被描述为概念验证，它使用由银制成的火焰喷涂纳米粒子来增加化学物质的信号。虽然仍处于早期阶段，但研究人员希望这些纳米传感器可以帮助在食用前发现食品农药。
卡罗林斯卡医学院微生物、肿瘤和细胞生物学系研究员 Georgios Sotiriou 说：“报告显示，在欧盟销售的所有水果中，多达一半含有农药残留，大量残留与人类健康问题有关。”和该研究的通讯作者。“然而，目前在消费前检测单一产品上的农药的技术在实践中受到传感器成本高和制造繁琐的限制。为了克服这个问题，我们开发了廉价且可重复的纳米传感器，可用于监测水果农药的痕迹在——例如——商店。”
新的纳米传感器采用了 1970 年代的发现，称为表面增强拉曼散射 (SERS)，这是一种强大的传感技术，可以将金属表面上生物分子的诊断信号增加超过 100 万倍。该技术已用于多个研究领域，包括化学和环境分析以及检测各种疾病的生物标志物。然而，迄今为止，高生产成本和有限的批次间重现性阻碍了食品诊断的广泛应用。
火焰喷涂技术
在目前的研究中，研究人员通过使用火焰喷涂（一种成熟且具有成本效益的金属涂层沉积技术）创建了一种 SERS 纳米传感器，以将银纳米粒子的小液滴输送到玻璃表面。
“火焰喷涂可用于在大面积上快速生产均匀的 SERS 薄膜，消除了可扩展性的关键障碍之一，”Sotiriou 实验室的博士后研究员、该研究的作者李海鹏说。
然后，研究人员微调了单个银纳米粒子之间的距离，以提高它们的灵敏度。为了测试它们的物质检测能力，他们在传感器顶部涂上一层薄薄的示踪染料，并使用光谱仪来揭示它们的分子指纹。研究人员表示，这些传感器可靠且均匀地检测到分子信号，并且在 2.5 个月后再次测试时它们的性能保持不变，这强调了它们的保质期潜力和大规模生产的可行性。
检测到苹果上的农药
为了测试传感器的实际应用，研究人员对它们进行了校准，以检测低浓度的对硫磷-乙基，这是一种在大多数国家被禁止或限制的有毒农业杀虫剂。将少量对硫磷-乙基放在苹果的一部分上。随后用棉签收集残留物，棉签浸入溶液中以溶解农药分子。溶液滴在传感器上，这证实了农药的存在。
“我们的传感器可以在不破坏水果的情况下在五分钟内检测到苹果表面的农药残留，”李海鹏说。“虽然它们需要在更大规模的研究中得到验证，但我们为消费前的大规模食品测试提供了概念验证的实际应用。”
接下来，研究人员希望探索纳米传感器是否可以应用于其他领域，例如在资源有限的环境中发现特定疾病的生物标志物。