I ricercatori hanno sviluppato un minuscolo sensore, che utilizza nanoparticelle a base di argento, per rilevare i pesticidi sulla frutta in pochi minuti
La tecnica, descritta come una prova di concetto in un articolo sulla rivista Advanced Science, (1) utilizza nanoparticelle Flame a base di argento per aumentare il segnale delle sostanze chimiche. Sebbene siano ancora in una fase iniziale, i ricercatori sperano che questi nanosensori possano aiutare a scoprire i pesticidi alimentari prima del consumo.
«I rapporti mostrano che fino alla metà di tutta la frutta venduta nell'UE ci sono residui di pesticidi che in quantità maggiori sono stati collegati a problemi di salute umana», afferma il dottor Georgios Sotiriou, (2) ricercatore principale presso il Dipartimento di microbiologia, biologia dei tumori e delle cellule, Karolinska Institutet, e l'autore corrispondente dello studio. «Tuttavia, le attuali tecniche per rilevare i pesticidi sui singoli prodotti prima del consumo sono in pratica limitate dal costo elevato e dalla fabbricazione ingombrante dei suoi sensori. Per ovviare a questo, abbiamo sviluppato nanosensori economici e riproducibili che potrebbero essere utilizzati per monitorare tracce di pesticidi della frutta, ad esempio, nel negozio».
I nuovi nanosensori utilizzano una scoperta degli anni '70 nota come scattering Raman potenziato dalla superficie, o SERS, una potente tecnica di rilevamento che può aumentare i segnali diagnostici delle biomolecole sulle superfici metalliche di oltre 1 milione di volte. La tecnologia è stata utilizzata in diversi campi di ricerca, tra cui l'analisi chimica e ambientale, nonché per rilevare biomarcatori per varie malattie. Tuttavia, gli elevati costi di produzione e la limitata riproducibilità da lotto a lotto hanno finora ostacolato un'applicazione diffusa nella diagnostica della sicurezza alimentare.
Tecnologia a spruzzo di fiamma (Flame nanoparticle)
Nel presente studio, i ricercatori hanno creato un nanosensore SERS utilizzando lo spray Flame, una tecnica consolidata ed economica per depositare il rivestimento metallico, per fornire piccole goccioline di nanoparticelle d'argento su una superficie di vetro.
«Lo spray a fiamma (Flame nanoparticle) può essere utilizzato per produrre rapidamente film SERS uniformi su vaste aree, rimuovendo uno degli ostacoli chiave alla scalabilità», afferma il dottor Haipeng Li, (3) ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Georgios Sotiriou e primo autore dello studio.
I ricercatori hanno quindi messo a punto la distanza tra le singole nanoparticelle d'argento per migliorarne la sensibilità. Per testare la loro capacità di rilevamento della sostanza, hanno applicato un sottile strato di colorante tracciante sopra i sensori e hanno utilizzato uno spettrometro per scoprire le loro impronte molecolari. I sensori hanno rilevato in modo affidabile e uniforme i segnali molecolari e le loro prestazioni sono rimaste intatte quando sono state testate di nuovo dopo 2,5 mesi, il che sottolinea il loro potenziale di durata di conservazione e la fattibilità per la produzione su larga scala, secondo i ricercatori.
Pesticidi rilevati sulle mele
Per testare l'applicazione pratica dei sensori, i ricercatori li hanno calibrati per rilevare basse concentrazioni di paration-etile, un insetticida agricolo tossico che è vietato o limitato nella maggior parte dei paesi. Una piccola quantità di paration-etile è stata posta su una parte di una mela. I residui sono stati successivamente raccolti con un batuffolo di cotone che è stato immerso in una soluzione per sciogliere le molecole di pesticida. La soluzione è stata fatta cadere sul sensore, il che ha confermato la presenza di pesticidi.
«I nostri sensori sono in grado di rilevare i residui di pesticidi sulla superficie delle mele in un breve lasso di tempo di cinque minuti senza distruggere il frutto», afferma Haipeng Li. «Sebbene debbano essere convalidati in studi più ampi, offriamo un'applicazione pratica di prova del concetto per i test di sicurezza alimentare su larga scala prima del consumo».
Successivamente, i ricercatori vogliono esplorare se i nanosensori possono essere applicati ad altre aree come la scoperta di biomarcatori per malattie specifiche presso il punto di cura in contesti con risorse limitate.
La ricerca è stata finanziata dal Consiglio europeo della ricerca (ERC), dal Karolinska Institutet, dalla Fondazione svedese per la ricerca strategica (SSF) e dal Consiglio svedese per la ricerca.
Riferimenti:
(3) Haipeng Li
Descrizione foto: La deposizione di nanoparticelle di fiamma è stata utilizzata per produrre robusti nanosensori in grado di rilevare i residui di pesticidi sulle superfici delle mele in pochi minuti. - Credit: Illustrazione di Haipeng Li e Georgios A Sotiriou / “SERS Hotspot Engineering by Aerosol Self-Assembly of Plasmonic Ag Nanoaggregates with Tunable Interparticle Distance” in Advanced Science.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: SERS Hotspot Engineering by Aerosol Self-Assembly of Plasmonic Ag Nanoaggregates with Tunable Interparticle Distance