火焰納米顆粒沉積用于生產(chǎn)強(qiáng)大的納米傳感器，可以在幾分鐘內(nèi)檢測到蘋果表面的農(nóng)藥殘留。圖片來源：李海鵬和 Georgios A Sotiriou。

瑞典卡羅林斯卡學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種微型傳感器，可在幾分鐘內(nèi)檢測水果上的農(nóng)藥。這項(xiàng)技術(shù)在《科學(xué)》雜志的一篇論文中被描述為概念驗(yàn)證，它使用由銀制成的火焰噴涂納米粒子來增加化學(xué)物質(zhì)的信號(hào)。雖然仍處于早期階段，但研究人員希望這些納米傳感器可以幫助在食用前發(fā)現(xiàn)食品農(nóng)藥。

卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院微生物、腫瘤和細(xì)胞生物學(xué)系研究員 Georgios Sotiriou 說：“報(bào)告顯示，在歐盟銷售的所有水果中，多達(dá)一半含有農(nóng)藥殘留，大量殘留與人類健康問題有關(guān)�！焙驮撗芯康耐ㄓ嵶髡��！叭欢�，目前在消費(fèi)前檢測單一產(chǎn)品上的農(nóng)藥的技術(shù)在實(shí)踐中受到傳感器成本高和制造繁瑣的限制。為了克服這個(gè)問題，我們開發(fā)了廉價(jià)且可重復(fù)的納米傳感器，可用于監(jiān)測水果農(nóng)藥的痕跡在——例如——商店。”

新的納米傳感器采用了 1970 年代的發(fā)現(xiàn)，稱為表面增強(qiáng)拉曼散射 (SERS)，這是一種強(qiáng)大的傳感技術(shù)，可以將金屬表面上生物分子的診斷信號(hào)增加超過 100 萬倍。該技術(shù)已用于多個(gè)研究領(lǐng)域，包括化學(xué)和環(huán)境分析以及檢測各種疾病的生物標(biāo)志物。然而，迄今為止，高生產(chǎn)成本和有限的批次間重現(xiàn)性阻礙了食品診斷的廣泛應(yīng)用。

火焰噴涂技術(shù)

在目前的研究中，研究人員通過使用火焰噴涂（一種成熟且具有成本效益的金屬涂層沉積技術(shù)）創(chuàng)建了一種 SERS 納米傳感器，以將銀納米粒子的小液滴輸送到玻璃表面。

“火焰噴涂可用于在大面積上快速生產(chǎn)均勻的 SERS 薄膜，消除了可擴(kuò)展性的關(guān)鍵障礙之一，”Sotiriou 實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員、該研究的作者李海鵬說。

然后，研究人員微調(diào)了單個(gè)銀納米粒子之間的距離，以提高它們的靈敏度。為了測試它們的物質(zhì)檢測能力，他們在傳感器頂部涂上一層薄薄的示蹤染料，并使用光譜儀來揭示它們的分子指紋。研究人員表示，這些傳感器可靠且均勻地檢測到分子信號(hào)，并且在 2.5 個(gè)月后再次測試時(shí)它們的性能保持不變，這強(qiáng)調(diào)了它們的保質(zhì)期潛力和大規(guī)模生產(chǎn)的可行性。

檢測到蘋果上的農(nóng)藥

為了測試傳感器的實(shí)際應(yīng)用，研究人員對它們進(jìn)行了校準(zhǔn)，以檢測低濃度的對硫磷-乙基，這是一種在大多數(shù)國家被禁止或限制的有毒農(nóng)業(yè)殺蟲劑。將少量對硫磷-乙基放在蘋果的一部分上。隨后用棉簽收集殘留物，棉簽浸入溶液中以溶解農(nóng)藥分子。溶液滴在傳感器上，這證實(shí)了農(nóng)藥的存在。

“我們的傳感器可以在不破壞水果的情況下在五分鐘內(nèi)檢測到蘋果表面的農(nóng)藥殘留，”李海鵬說�！半m然它們需要在更大規(guī)模的研究中得到驗(yàn)證，但我們?yōu)橄�費(fèi)前的大規(guī)模食品測試提供了概念驗(yàn)證的實(shí)際應(yīng)用�！�

接下來，研究人員希望探索納米傳感器是否可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域，例如在資源有限的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)特定疾病的生物標(biāo)志物。