14 Agosto 2023

I pesticidi? Non sfuggono ai nanosensori. Dalla Svezia una soluzione a basso costo

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Nanosensori economici possono rilevare i pesticidi nel succo d’arancia, spiegano i ricercatori del Karolinska Institutet di Stoccolma. La sperimentazione promuove l’efficacia e la facilità di produzione

di Matteo Cavallito

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È possibile utilizzare i nanosensori per rilevare la presenza di pesticidi o di altre sostanze nocive nel cibo? Ed è possibile, al tempo stesso, rendere questa tecnologia ampiamente disponibile al pubblico riducendone drasticamente i costi di produzione? Certamente sì. Almeno a sentire Georgios Sotiriou e Haipeng Li, due ricercatori del Dipartmento di Microbiologia del Karolinska Institutet di Stoccolma che, in un recente studio, hanno illustrato un nuovo sistema per realizzare in laboratorio un grande numero di rilevatori decisamente efficaci.

L’indagine, spiega una nota dell’ateneo svedese, ha quindi dimostrato “la scalabilità e l’economicità di questo metodo di produzione che rende questi sensori disponibili per l’applicazione pratica”.

Un sistema fondato sulle nanoparticelle

Il lavoro dei due studiosi segue una precedente pubblicazione nella quale si dimostrava la validità teorica di un metodo di produzione basato sulla tecnica della “deposizione per aerosol a fiamma”. I ricercatori, nell’occasione, avevano evidenziato come fosse possibile atomizzare in gocce una soluzione a base di argento e silicio. La successiva combustione delle gocce stesse ha generato le nanoparticelle che sono state depositate direttamente su un substrato di vetro.

Tale substrato, arricchito dalla nuova nanostruttura, può essere utilizzato per un’analisi spettroscopica conosciuta come SERS (Surface Enhanced Raman Scattering o Diffusione Raman potenziata dalla superficie), Questa indagine, semplificando al massimo, consente di rilevare la composizione chimica di una sostanza ovvero la presenza di alcune molecole specifiche. Comprese quelle dei pesticidi.

La produzione viaggia al ritmo di oltre un esemplare al minuto

“Sebbene la tecnica SERS (surface-enhanced Raman scattering) sia in grado di rilevare rapidamente e in modo affidabile i residui di pesticidi, la sua applicazione nella diagnostica della sicurezza alimentare è limitata dai costi elevati, dalla scarsa scalabilità e dalla bassa riproducibilità dei sensori necessari”, si legge nello studio. “Nella ricerca si presenta un percorso di fabbricazione a basso costo, su larga scala e altamente riproducibile per i nanosensori SERS”.

Gli autori hanno testato la creazione dei substrati attraverso la tecnica della deposizione per aerosol raggiungendo un ritmo di produzione estremamente favorevole: 100 esemplari all’ora. Ancora più importanti i risultati emersi dai test. “I nostri substrati SERS altamente sensibili hanno rilevato rapidamente e quantitativamente i residui di pesticidi nell’arancia fresca, indicando la loro applicabilità pratica per la diagnostica della sicurezza alimentare”, spiegano i ricercatori.

I pesticidi delle arance non sfuggono al rilevatore

Per valutare l’efficacia della rilevazione, gli autori hanno disciolto nel succo di arancia un pesticida particolarmente tossico (e oggi non a caso vietato in molti Paesi) noto come Parathion. La sostanza è stata aggiunta in varie occasioni in concentrazioni molto variabili comprese tra 0,1 e 100 parti per milione.

“Inizialmente, 2 microlitri di succo d’arancia sono stati fatti cadere sul substrato SERS e lasciati asciugare prima delle misurazioni”, spiegano i ricercatori. “Sono stati osservati picchi Raman corrispondenti al Parathion, che indicano la presenza del pesticida fino a 0,1 parti per milione, evidenziando una performance di rilevamento SERS paragonabile a quella riportata in letteratura”.

Il limite al ribasso è particolarmente significativo. La concentrazione minima rilevata di 0,1 parti per milione, infatti, è pari a un decimo della soglia massima fissata dal Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti nella regolamentazione della presenza del Parathion nel cibo.

Rilevamento rapido e quantitativo dei residui di pesticidi nei succhi di frutta. (a) Deposizione di molecole di pesticidi mirati sulla superficie del substrato SERS. (b) Spettri SERS del Paration nel succo d'arancia fresco alle frazioni volumetriche di 100 ppm, 10 ppm, 1 ppm e 0,1 ppm (dal basso verso l'alto). (c) Grafico Log-Log delle intensità medie dei picchi in funzione della frazione volumetrica di paration-etile nel succo d'arancia. Tutti i dati sono rappresentati come valori medi ± SD. Fonte: Haipeng Li et al., "Democratizing robust SERS nano-sensors for food safety diagnostics" https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723027547?via%3Dihub, Chemical Engineering Journal Volume 470, 15 August 2023, 144023 Attribuzione 4.0 Internazionale (CC BY 4.0)

Rilevamento rapido e quantitativo dei residui di pesticidi nei succhi di frutta. (a) Deposizione di molecole di pesticidi mirati sulla superficie del substrato SERS. (b) Spettri SERS del Paration nel succo d’arancia fresco alle frazioni volumetriche di 100 ppm, 10 ppm, 1 ppm e 0,1 ppm (dal basso verso l’alto). (c) Grafico Log-Log delle intensità medie dei picchi in funzione della frazione volumetrica di paration-etile nel succo d’arancia. Tutti i dati sono rappresentati come valori medi ± SD. Fonte: Haipeng Li et al., “Democratizing robust SERS nano-sensors for food safety diagnostics”, Chemical Engineering Journal Volume 470, 15 August 2023, 144023
Attribuzione 4.0 Internazionale (CC BY 4.0)

Controllare i pesticidi è fondamentale per la sicurezza alimentare

L’uso eccessivo dei pesticidi in agricoltura, ricordano gli autori, rappresenta tuttora un problema particolarmente rilevante con ovvie ricadute per la salute umana. “Di conseguenza”, ricordano ancora gli autori, “è necessario controllare i livelli di residui di pesticidi negli alimenti al di sotto dei limiti di sicurezza”. Favorire la produzione di rilevatori a basso costo e per questo facilmente disponibili diventa quindi fondamentale.

Anche per questo gli scienziati hanno fatto sapere di essere alla ricerca di nuove collaborazioni internazionali. Tra gli obiettivi c’è l’espansione dell’applicazione dei nanosensori per passare dal rilevamento dei singoli pesticidi a quello di aggregazioni miste, ovvero di quelle combinazioni di più sostanze chimiche che possono far aumentare la tossicità di un prodotto.