Forscher der Universität São Paulo (USP) und der Bundesuniversität Viçosa (UFV) in Brasilien haben einen nachhaltigen Sensor entwickelt, der direkt auf der Oberfläche eines Gemüses oder einer Frucht angebracht werden kann, um das Vorhandensein von Pestiziden zu erkennen. Aus diesem Grund ist es als „pflanzlich tragbares“ Material bekannt und besteht aus Celluloseacetat, einem Material, das aus Holzzellstoff gewonnen wird.
Das Gerät kann dazu beitragen, die Lebensmittelsicherheit in einer Welt zu gewährleisten, die zunehmend unter Nahrungsmittelknappheit und Umwelt- und Gesundheitsproblemen leidet, die durch den übermäßigen Einsatz von Agrochemikalien verursacht werden.
Die Studie ist veröffentlicht im Tagebuch Fortschritte bei Biomaterialien.
Pestizide werden häufig zur Steigerung der Ernteerträge eingesetzt und üblicherweise durch Sprühen ausgebracht, doch nur 50 % erreichen ihr Ziel. Der Rest landet im Boden, Grundwasser, Oberflächenwasser, Rohtrinkwasser, Abwasser und Nahrungsmitteln. Die Überwachung des Pestizidgehalts in Wasser, Boden und Lebensmitteln ist daher unerlässlich, um den Kontakt dieser giftigen Substanzen mit der Öffentlichkeit über die Haut, die Lunge oder das Verdauungssystem zu verhindern.
Die für diesen Zweck am häufigsten verwendeten Analysewerkzeuge sind chromatographische Techniken, die zwar effektiv sind, aber Nachteile mit sich bringen, wie z. B. die Notwendigkeit einer Vorbehandlung der Proben, teure Ausrüstung und qualifizierte Laborspezialisten sowie die lange Zeit, die für die Durchführung der Analyse benötigt wird, und mangelnde Tragbarkeit . Auch die unsicheren Rückstände organischer Lösungsmittel stellen unter heutigen Bedingungen ein erhebliches Problem dar.
„Als Alternative können elektrochemische Sensoren Erschwinglichkeit, schnelle Erkennung, Miniaturisierung, Massenproduktion, Bequemlichkeit, Benutzerfreundlichkeit, hohe Selektivität und In-situ-Pestiziderkennung vereinen. Unsere Erfindung verfügt über all diese Merkmale. Die Analyse wird direkt auf der Oberfläche durchgeführt.“ aus Obst, Gemüse oder Blättern. Daher der Begriff pflanzentragbar“, sagte Paulo Augusto Raymundo-Pereira, letzter Autor des Artikels und Forscher am São Carlos Physics Institute (IFSC-USP).
„Anstelle der üblichen Materialien, die ökologisch nicht nachhaltig sind und deren Abbau lange dauert, wie Keramik oder aus Erdöl gewonnene Kunststoffpolymere, haben wir jedoch Celluloseacetat verwendet, ein aus Pflanzen gewonnenes Material, das kaum Auswirkungen auf die Umwelt hat und zerfällt.“ vollständig in 340 Tagen oder weniger, abhängig von den örtlichen Bedingungen. Natürlich muss es für jeden Sensor geeignete Eigenschaften haben, einschließlich niedriger Kosten, Tragbarkeit und Flexibilität.“
Das biologisch abbaubare Celluloseacetat-Substrat wurde durch ein Gießverfahren hergestellt, bei dem das Material in einen Raum mit der erforderlichen Form gebracht und das vollständige elektrochemische System mit drei Elektroden durch Siebdruck aufgebracht wurde.
Die Forscher führten Labortests durch, bei denen eine Lösung, die Carbendazim, ein Fungizid, und Paraquat, ein Herbizid, enthielt, in einer Simulation der realen Anwendung auf Salat und Tomaten gesprüht wurde. Paraquat wurde 2003 von der Europäischen Union wegen seiner schädlichen Auswirkungen auf den Menschen verboten, wird aber in Brasilien immer noch verwendet. Der Sensor wurde dann direkt am Salat und an den Tomaten befestigt und die Messungen zeigten ein Erkennungsniveau, das mit dem von Polyethylenterephthalat, dem für diesen Zweck am häufigsten verwendeten Sensormaterial, vergleichbar war.
Übermäßiger Pestizidgehalt
In der Studie wurde auch untersucht, ob das zweistündige Waschen und Eintauchen von Gemüse in einen Liter Wasser wirksam ist, um Pestizidrückstände zu entfernen. Die Ergebnisse zeigten, dass 40 % des Carbendazims und 60 % des Paraquats aus Salat und 64 % von beidem aus Tomaten entfernt wurden.
„Waschen und Eintauchen reichten eindeutig nicht aus, um Rückstände der Pestizide zu entfernen. Mindestens 10 % verblieben in den Blättern oder der Schale“, sagte Raymundo-Pereira.
Die Technologie könne für Gesundheitsüberwachungsbehörden auf der ganzen Welt sowie für Verkäufer von Bio-Produkten nützlich sein, um die Abwesenheit von Pestiziden zu bescheinigen, fügte er hinzu. Landwirte können damit im Allgemeinen den Pestizidgehalt auf dem Feld überwachen und sicherstellen, dass jeder Kultur oder jedem Teil einer Plantage nur die erforderliche Dosis verabreicht wird. Dadurch könnte der Einsatz von Pestiziden zurückgehen, die Erträge aber dennoch steigen, was zu niedrigeren Verbraucherpreisen führen würde.
Mehr Informationen:
Samiris Côcco Teixeira et al., Nachhaltige tragbare Pflanzensensoren für die schnelle dezentrale Erkennung von Pestiziden vor Ort für Präzisionslandwirtschaft und Lebensmittelsicherheit, Fortschritte bei Biomaterialien (2023). DOI: 10.1016/j.bioadv.2023.213676