Kỹ thuật này được mô tả trong một bài báo trên tạp chí Advanced Science. Theo đó, các nhà khoa học sử dụng các hạt nano phun ngọn lửa làm từ bạc để tăng tín hiệu của hóa chất. Mặc dù vẫn còn ở giai đoạn đầu, các nhà nghiên cứu hy vọng những cảm biến nano này có thể giúp phát hiện ra dư lượng thuốc trừ sâu trên thực phẩm trước khi tiêu thụ.

Tiến sĩ Georgios Sotiriou, nhà nghiên cứu chính tại Khoa Vi sinh vật, khối u và tế bào, Học viện Karolinska Institutet, tác giả của nghiên cứu cho biết: “Các báo cáo cho thấy có tới một nửa số trái cây được bán ở EU chứa dư lượng thuốc trừ sâu với số lượng lớn hơn cho phép, ảnh hưởng đến các vấn đề sức khỏe con người.

Cảm biến nano có thể phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu trên bề mặt quả táo trong vòng vài phút.
Ảnh: Haipeng Li và Georgios A Sotiriou.

Tuy nhiên, các kỹ thuật hiện tại để phát hiện thuốc trừ sâu trên các sản phẩm đơn lẻ trước khi tiêu thụ bị hạn chế trong thực tế do chi phí cao và bộ cảm biến được chế tạo cồng kềnh. Để khắc phục điều này, chúng tôi đã phát triển các cảm biến nano có thể tái tạo và rẻ tiền có thể được sử dụng để theo dõi dấu vết của thuốc trừ sâu trên trái cây tại cửa hàng".

Sử dụng kỹ thuật phun lửa từ những năm 1970

Các cảm biến nano mới sử dụng một khám phá từ những năm 1970 được gọi là tán xạ Raman tăng cường bề mặt, hoặc SERS, một kỹ thuật cảm biến mạnh có thể tăng tín hiệu chẩn đoán của các phân tử sinh học trên bề mặt kim loại lên hơn 1 triệu lần.

Công nghệ này đã được sử dụng trong một số lĩnh vực nghiên cứu, bao gồm phân tích hóa học và môi trường cũng như để phát hiện các dấu ấn sinh học cho các bệnh khác nhau. Tuy nhiên, chi phí sản xuất cao và khả năng tái sản xuất hàng loạt hạn chế cho đến nay đã cản trở việc áp dụng rộng rãi trong chẩn đoán an toàn thực phẩm.

Trong nghiên cứu hiện tại, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một cảm biến nano SERS bằng cách sử dụng kỹ thuật phun lửa để phân phối các giọt nhỏ của các hạt nano bạc lên bề mặt thủy tinh.

Ông Haipeng Li, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Sotiriou, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Bình phun lửa có thể được sử dụng để nhanh chóng tạo ra các màng SERS đồng nhất trên các khu vực rộng lớn".

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã tinh chỉnh khoảng cách giữa các hạt nano bạc riêng lẻ để nâng cao độ nhạy.

Để kiểm tra khả năng phát hiện thuốc trừ sâu, họ bôi một lớp mỏng thuốc nhuộm đánh dấu lên trên các cảm biến và sử dụng một máy quang phổ để phát hiện ra dấu vân tay phân tử của chúng.

Các nhà nghiên cứu cho biết các cảm biến phát hiện một cách đáng tin cậy và đồng nhất các tín hiệu phân tử và hiệu suất của chúng vẫn còn nguyên vẹn khi được kiểm tra lại sau 2 tháng rưỡi. Điều này khẳng định tiềm năng sử dụng và tính khả thi của kỹ thuật này trong việc sản xuất thiết bị trên quy mô lớn.

Phát hiện thuốc trừ sâu trên quả táo

Để kiểm tra ứng dụng thực tế của cảm biến, các nhà nghiên cứu đã hiệu chỉnh chúng để phát hiện nồng độ thấp của parathion-ethyl, một loại thuốc trừ sâu nông nghiệp độc hại bị cấm hoặc hạn chế ở hầu hết các quốc gia.

Một lượng nhỏ parathion-etyl đã được bôi lên quả táo.Sau đó, các nhà khoa học dùng tăm bông nhúng vào dung dịch để hòa tan các phân tử thuốc trừ sâu. Dung dịch đã được cảm biến phát hiện, điều này xác nhận sự hiện diện của thuốc trừ sâu.

Ông Haipeng Li cho biết: “Các cảm biến của chúng tôi có thể phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu trên bề mặt táo trong thời gian ngắn chỉ 5 phút mà không làm hỏng trái cây".

"Mặc dù chúng cần được xác nhận trong các nghiên cứu lớn hơn, nhưng chúng tôi cung cấp một ứng dụng thực tế để kiểm tra an toàn thực phẩm trên quy mô lớn trước khi tiêu thụ".

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu muốn khám phá xem liệu các cảm biến nano có thể được áp dụng cho các lĩnh vực khác hay không.

Nghiên cứu này do Hội đồng Nghiên cứu châu Âu (ERC), Học viện Karolinska, Quỹ Nghiên cứu Chiến lược Thụy Điển (SSF) và Hội đồng Nghiên cứu Thụy Điển tài trợ.