Cảm biến nano phát hiện thuốc trừ sâu trên hoa quả trong vài phút
Các nhà nghiên cứu ở Học viện Karolinska (Thụy Điển) đã chế tạo một cảm biến tí hon có thể phát hiện thuốc trừ sâu trên trái cây trong vòng vài phút.
Đây là kết quả mới được công bố trên tạp chí Advanced Science. Về bản chất, cảm biến này ứng dụng các hạt nano bạc phun phủ bề mặt để gia tăng dấu hiệu của các chất hóa học. Trong giai đoạn đầu, các nhà nghiên cứu hi vọng các cảm biến nano có thể phát hiện các thực phẩm chứa thuốc trừ sâu trước khi đưa vào tiêu thụ.
“Các báo cáo cho thấy một nửa trái cây lưu hành ở EU chứa dư lượng thuốc trừ sâu với hàm lượng lớn, liên quan đến các vấn đề sức khỏe con người”, Georgios Sotiriou, nghiên cứu viên chính ở Khoa Vi sinh, Khối u & Sinh học tế bào (Học viện Karolinska) đồng thời là tác giả liên hệ của bài báo cho biết. “Tuy nhiên, các kỹ thuật phát hiện thuốc trừ sâu trên thực phẩm hiện nay vẫn còn hạn chế do tốn kém và việc sản xuất các cảm biến này khá phức tạp. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã phát triển các cảm biến nano giá rẻ, dễ sản xuất, có thể dùng để giám sát dấu vết của thuốc trừ sâu trong hoa quả”.
Để chế tạo các cảm biến này, nhóm nghiên cứu đã ứng dụng một phát minh từ những năm 1970 là tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) – một công nghệ cảm biến có thể tăng dấu hiệu chẩn đoán về các phân tử sinh học trên bề mặt kim loại hơn 1 triệu lần. Công nghệ này đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm phân tích môi trường, hóa học, phát hiện các dấu ấn sinh học của nhiều loại bệnh. Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ này để kiểm nghiệm thực phẩm an toàn vẫn còn hạn chế do chi phí cao và khó sản xuất đồng loạt.
Việc phun phủ nhiệt nano đã nâng cao hiệu quả của cảm biến, giúp phát hiện thuốc trừ sâu trên bề mặt quả táo trong vòng vài phút. Nguồn: Phys.org
Công nghệ phun phủ bề mặt
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã chế tạo một cảm biến nano SERS bằng cách sử dụng phun phủ bề mặt – một kỹ thuật hiệu quả và tiết kiệm chi phí để tạo lớp phủ kim loại nhằm đưa các giọt nhỏ nano bạc lên bề mặt thủy tinh.
“Công nghệ phun phủ nhiệt có thể được dùng để tạo ra các màng SERS đồng nhất nhanh chóng trên các diện tích rộng lớn, loại bỏ một trong những rào cản chính liên quan đến mở rộng ứng dụng”, Haipeng Li, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ ở phòng thí nghiệm của Sotiriou và tác giả thứ nhất của nghiên cứu cho biết.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã tinh chỉnh khoảng cách giữa các nano bạc để nâng cao độ nhạy của chúng. Để kiểm tra khả năng phát hiện chất hóa học, họ đã bôi một lớp mỏng thuốc nhuộm đánh giá lên các cảm biến và sử dụng một quang phổ kế để phát hiện dấu vân tay phân tử. Các nhà nghiên cứu cho biết, cảm biến có thể phát hiện các tín hiệu phân tử một cách đáng tin cậy và đồng nhất, đồng thời vẫn giữ nguyên hiệu quả khi kiểm tra lại sau 2,5 tháng. Theo các nhà nghiên cứu, điều này đã chứng minh tiềm năng ứng dụng thực tế và tính khả thi trong sản xuất quy mô lớn của các cảm biến này.
Phát hiện thuốc trừ sâu trên táo
Để kiểm chứng hoạt động thực tế của cảm biến, nhóm nghiên cứu đã hiệu chỉnh chúng nhằm phát hiện ra parathion-ethyl ở nồng độ thấp – một loại thuốc trừ sâu độc hại bị cấm ở hầu hết các quốc gia. Họ đã tẩm một lượng nhỏ parathion-ethyl lên một phần của quả táo. Sau đó họ dùng tăm bông để lấy mẫu ở phần còn lại của quả táo và ngâm vào dung dịch có khả năng hòa tan các phân tử thuốc trừ sâu. Khi đưa dung dịch này vào cảm biến, nó đã phát hiện ra có thuốc trừ sâu.
“Cảm biến của chúng tôi có thể phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu trên bề mặt táo trong vòng 5 phút mà không phá hủy trái táo”, Haipeng Li cho biết. Sắp tới, các nhà nghiên cứu muốn khám phá liệu có thể áp dụng các cảm biến nano này cho các lĩnh vực khác hay không, chẳng hạn như phát hiện ngay tại chỗ dấu ấn sinh học của các bệnh cụ thể trong môi trường hạn chế nguồn lực.
Thanh An dịch
https://phys.org/news/2022-06-nano-sensor-pesticides-fruit-minutes.html
