Ein Forscherteam unter der Leitung von Prof. Jiang Changlong vom Institute of Solid State Physics (ISSP), Hefei Institute of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, hat ein neues Sensorsystem zum Nachweis von Carbarylrückständen entwickelt. Die Forschungsergebnisse wurden in veröffentlicht ACS Nachhaltige Chemie & Technik.
Carbaryl ist ein weit verbreitetes Insektizid, das durch Aufnahme über die Atemwege und Hautkontakt leicht in den Körper gelangen kann, was zu ernsthaften Gesundheitsgefahren führt, einschließlich Karzinogenität und Fortpflanzungsstörungen. Daher ist es entscheidend, Carbarylrückstände in Umwelt- und Lebensmittelproben nachzuweisen. Bestehende Detektionstechniken wie oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie und elektrochemische Analyse sind jedoch zeitaufwändig und erfordern eine komplexe Vorverarbeitung, was sie für Feldtests unpraktisch macht.
Um dieses Problem anzugehen, entwickelten HFIPS-Forscher eine ratiometrische Dual-Mode-Fluoreszenzsonde, die auf einer Kombination aus Silizium-Quantenpunkten (Si-QDs), Gold-Nanopartikeln (AuNPs) und Cadmium-Tellurid-Quantenpunkten (CdTe-QDs) basiert. Dieses Sensorzentrum war in der Lage, Carbaryl mit hoher Empfindlichkeit und sofortiger Rückmeldung visuell quantitativ nachzuweisen. Bei der Zugabe von Carbaryl änderte sich die Verteilung der AuNPs, was zu einer Farbänderung der Lösung führte, die mit bloßem Auge beobachtet werden konnte.
Darüber hinaus nahm die Fluoreszenzemissionsintensität von Si-QDs zu, während die von CdTe-QDs aufgrund des Effekts des Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfers (FRET) abnahm. Das Sensorsystem zeigte ein doppeltes Antwortsignal, das unter UV-Licht einen signifikanten Fluoreszenzfarbübergang von Rot nach Blau durchführte. Die Nachweisgrenze (LOD) war so niedrig wie 16,3 nM, was weit unter dem maximalen Rückstandsstandard lag.
Die Forscher entwarfen dann eine tragbare intelligente Sensorplattform unter Verwendung von 3D-Drucktechnologie und Farberkennung, die das Sensorsystem erfolgreich anwenden konnte, um Carbaryl in tatsächlichen Proben mit guter Selektivität und Anti-Interferenz-Fähigkeit nachzuweisen.
Diese Studie lieferte nicht nur eine fortschrittliche Sensorstrategie für die Empfindlichkeit und den schnellen Nachweis von Carbarylen im Feld, sondern bot auch neue Einblicke in die quantitative Analyse anderer Spurenanalyte.
Insgesamt hat das neue Sensorsystem das Potenzial, erheblich zur Überwachung von Umweltschadstoffen und zur Lebensmittelsicherheit beizutragen.
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Zhong Zhang et al, Ultrasensitive und Vor-Ort-Erkennung von Carbaryl-Pestiziden über Dual-Mode-Nanosensoren unter Verwendung tragbarer Geräte, ACS Nachhaltige Chemie & Technik (2023). DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c06499