An der Washington State University wurden zwei kostengünstige Verfahren entwickelt, die Nanopartikel zum Nachweis von Herbiziden verwenden. Die neuen Verfahren ermöglichen es – wie bisher im Labor – auch im Feld Pestizide oder Herbizide unterhalb der maximalen Konzentrationsgrenzen zu detektieren.
Mit Sensoren, die mit Nanopartikeln aus Palladium und Platin arbeiten, lassen sich Rückstände der Herbizide Atrazin und Acetochlor in Äpfeln, Erdbeeren, Kohl, Mais, Fruchtsäften und anderen landwirtschaftlichen Produkten nachweisen, die potenziell gesundheitsschädlich sind. Die Arbeit der Forschungsgruppe zeigt die Praxistauglichkeit ihrer einfach anzuwendenden und kostengünstigen Testmethoden.
Edelmetall-Nanopartikel verstärken biologische Signale
Die Sensoren basieren auf der Fähigkeit der Edelmetall-Nanopartikel, biologische Signale zu verstärken. Um die landwirtschaftlichen Produkte zu testen, werden sie püriert und mit den Sensoren in Kontakt gebracht. Die Nanopartikel klammern sich an einen Antikörper, der die Chemikalie erkennt und daraufhin ein elektrisches Signal aussendet, das von den Nanopartikeln verstärkt wird, sodass es aufgezeichnet werden kann. Dessen Stärke ist ein Maß für die Menge an Chemikalien, die in der Probe vorhanden sind.
Wir haben diese Technologie für die Erkennung echter Proben angewendet – was ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Kommerzialisierung ist.
Annie Du, Forschungsprofessorin an der School of Mechanical and Materials Engineering der WSU und Leiterin des Projekts
Einer der Tests verwendet die Palladium-Platin-Nanopartikel, um eine Reaktion zu katalysieren, die eine Farbänderung in einer Probe verursacht, wenn das Herbizid vorhanden ist. Der Test kann mit einem kleinen Handgerät durchgeführt werden, das ins Feld getragen werden kann. Der andere von den Forschern entwickelte Test verwendet das Nanopartikel in einem kostengünstigen Papierstreifen, der wie ein COVID-19- oder Schwangerschaftstest aussieht und sich mit dem Smartphone auslesen lässt.
Die Tests waren empfindlich genug, um die Chemikalien bis zu den maximal akzeptablen Konzentrationen zu messen, und wurden mit herkömmlichen Testmethoden validiert.
Wir sind tatsächlich in der Lage, unterhalb der maximalen Konzentrationsgrenzen zu detektieren. Wenn die Probe Pestizide oder Herbizide enthält. Das ist gut, denn obwohl dies mit anderen Methoden möglich ist, ist diese Methode kostengünstig und im Feld anwendbar.
Bernie Van Wie, Professor für Chemie- und Bioengineering an der WSU und Dus Forschungspartner
Die amerikanische Food and Drug Administration (FDA) testet regelmäßig eine breite Palette von Waren auf etwa 800 Pestizidrückstände, und die Hersteller sind verpflichtet, die chemischen Rückstände auf Lebensmitteln unter einem bestimmten, als sicher geltenden Niveau zu halten. Die beiden von den Forschern gemessenen Herbizide werden in den USA in großem Umfang in der Pflanzenproduktion eingesetzt. Bei hohen Expositionen sind sie potenziell toxisch für Menschen und wurden mit einer Reihe von Krankheiten in Verbindung gebracht, von Allergien über Hormonstörungen bis hin zu Krebs.
Originalpublikation:
Eunice Y. Kwon, Xiaofan Ruan, Fei Yu, Yuehe Lin, Dan Du, Bernard J. Van Wie: Simultaneous detection of two herbicides in fruits and vegetables with nanoparticle-linked immunosorbent and lateral flow immunoassays; In: Food Chemistry, Volume 399; https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.133955