„Die derzeitigen Techniken zum Nachweis von Pestiziden auf einzelnen Produkten werden in der Praxis durch die hohen Kosten und die umständliche Herstellung der Sensoren eingeschränkt“, so Georgios Sotiriou, leitender Forscher in der Abteilung für Mikrobiologie, Tumor- und Zellbiologie am Karolinska Institutet und Erstautor der Studie. „Um dies zu überwinden, haben wir kostengünstige und reproduzierbare Nanosensoren entwickelt, die zur Überwachung von Pestizidspuren auf Früchten, zum Beispiel im Supermarkt, verwendet werden können.“

Die neuen Nanosensoren nutzen eine Entdeckung aus den 1970er Jahren, die sogenannte oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS) – eine leistungsstarke Sensortechnik, die die diagnostischen Signale von Biomolekülen auf Metalloberflächen um mehr als das Millionenfache erhöhen kann.

In der aktuellen Studie schufen die Forscher einen SERS-Nanosensor, indem sie Flammenspray – eine etablierte und kostengünstige Technik zur Aufbringung von Metallbeschichtungen – einsetzten, um kleine Tröpfchen mit Silber-Nanopartikeln auf eine Glasoberfläche aufzubringen. Die Forscher stimmten den Abstand zwischen den einzelnen Nanopartikeln ab, um ihre Empfindlichkeit zu erhöhen. Sie nutzten eine dünne Schicht Tracer-Farbstoff und ein Spektrometer, um ihre molekularen Fingerabdrücke aufzudecken. Die Sensoren detektierten die molekularen Signale zuverlässig und gleichmäßig, und ihre Leistung blieb auch bei einem erneuten Test nach 2,5 Monaten erhalten, was laut den Forschern ihr Potenzial für eine lange Haltbarkeit und die Machbarkeit einer groß angelegten Produktion unterstreicht.

Um die praktische Anwendbarkeit der Sensoren zu testen, kalibrierten die Forscher sie so, dass sie geringe Konzentrationen von Parathion-Ethyl, einem giftigen landwirtschaftlichen Insektizid, das in den meisten Ländern verboten oder eingeschränkt ist, erkennen. Eine kleine Menge Parathion-Ethyl wurde auf einen Teil eines Apfels aufgebracht. Die Rückstände wurden später mit einem Wattestäbchen aufgenommen, das in eine Lösung getaucht wurde, um die Pestizidmoleküle aufzulösen. Die Lösung wurde auf den Nanosensor getropft, der das Vorhandensein von Pestiziden bestätigte.

„Unsere Sensoren können Pestizidrückstände auf der Oberfläche von Äpfeln in einer kurzen Zeit von fünf Minuten nachweisen, ohne die Früchte zu zerstören", sagt Haipeng Li, Postdoktorand am Sotirious Labor und Erstautor der Studie. „Sie müssen zwar noch in größeren Studien validiert werden, aber wir bieten einen praktischen Anwendungsnachweis, um die Lebensmittelsicherheit in großem Maßstab vor dem Verzehr zu überprüfen.“