Neuer Sensor zur schnellen Erkennung schädlicher Insektizide entwickelt

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Jiang Changlong vom Hefei Institutes of Physical Sciences der Chinesischen Akademie der Wissenschaften baute eine visuelle Sensorplattform auf Basis eines DNA-Aptamer-basierten Sensorsystems. Dieser Sensor kann zum schnellen und quantitativen Nachweis von Organophosphat-Insektiziden wie Profenofos und Isocarbophos in der Umwelt und in Lebensmitteln verwendet werden.

Die Studie wurde veröffentlicht in Analytische Chemie.

Organophosphat-Insektizide wie Profenofos und Isocarbophos werden aufgrund ihrer Wirksamkeit bei der Bekämpfung landwirtschaftlicher Schädlinge häufig eingesetzt. Bei übermäßigem Gebrauch können jedoch schädliche Rückstände zurückbleiben, die ernsthafte Gesundheitsrisiken darstellen. Die Entwicklung genauer und effizienter Methoden zum Nachweis dieser Rückstände ist für die Umwelt- und Lebensmittelsicherheit von entscheidender Bedeutung.

Derzeitige groß angelegte Detektionswerkzeuge sind für eine schnelle, quantitative Analyse vor Ort nicht ausreichend. Daher ist die Entwicklung einer schnellen, empfindlichen und selektiven Methode zum Nachweis von Organophosphatrückständen für den Schutz der menschlichen Gesundheit von entscheidender Bedeutung.

In dieser Studie entwickelten Forscher einen neuen Sensor, der Farbveränderungen nutzt, um Organophosphat-Insektizide wie Profenofos und Isocarbophos zu erkennen. Der Sensor funktioniert durch eine spezielle Wechselwirkung zwischen Insektiziden und modifizierten DNA-Strängen, sogenannten Aptameren.

Der Sensor enthält einen grünen Farbstoff (SG-I), der in eine G-Quadruplex-Struktur des Aptamers passt und den Sensor grün leuchten lässt. Wenn Organophosphat-Insektizide vorhanden sind, binden sie sich fest an Aptamere und stören so das grüne Leuchten.

Durch diese Bindung verschwindet die grüne Fluoreszenz und verstärkt die blaue Fluoreszenz des G-Quadruplex, wodurch sich die Farbe von Grün nach Blau ändert. Dieser Farbwechsel ermöglicht den visuellen Nachweis dieser Insektizide mit sehr niedrigen Nachweisgrenzen von 2,48 nM für Profenofos und 3,01 nM für Isocarbophos.

Darüber hinaus kombinierten die Forscher 3D-Drucktechnologie und eine Farberkennungs-App auf einem Smartphone, um eine tragbare Sensorplattform zu entwickeln.

„Es kann Organophosphat-Insektizide schnell und visuell quantifizieren und bietet damit eine neue Strategie für die schnelle Erkennung von Pestizidrückständen vor Ort“, sagte Professor Jiang.