Dongguan, Cina – 25 10, 2024 – In un significativo progresso per la tecnologia della sicurezza alimentare, Chao Zhang (noto anche come Bruce Zhang), CEO di KINGPO e supervisore laureato presso la Facoltà di Ingegneria Elettronica e Intelligentizzazione, Università di Tecnologia di Dongguan, ha guidato il suo team di ricerca a pubblicare un articolo innovativo nel Giornale di composizione e analisi degli alimenti (SCI Q2, Impact Factor ~3.8). Lo studio, intitolato "Rilevamento rapido e sensibile in situ di residui di pesticidi in vera zuppa di tè con sonde SERS in fibra ottica", dimostra un metodo innovativo per rilevare residui di pesticidi direttamente nella zuppa di tè senza una complessa preparazione del campione. Questo lavoro evidenzia la competenza di Zhang nell'optoelettronica e il suo impegno nel guidare la prossima generazione di scienziati, unendo rigore accademico ad applicazioni pratiche nel controllo della qualità alimentare.
In qualità di leader esperto nel campo dell'elettronica e dell'intelligentizzazione, Chao Zhang ha supervisionato numerosi studenti laureati, promuovendo la ricerca interdisciplinare che affronta le sfide del mondo reale. In questo progetto, Zhang ha collaborato con l'autore principale Chengbin Cai e con coautori tra cui Fei Zhou, Rang Chu, Hai Ye, Lingling Shui e Ye Liu, tutti affiliati alla Dongguan University of Technology e istituzioni correlate. La ricerca, accettata l'8 luglio 2024 e pubblicata online poco dopo, sottolinea il ruolo dell'università nel progresso delle tecnologie di ingegneria delle linee vitali urbane attraverso il suo Guangdong Provincial Key Laboratory.
Innovazioni fondamentali e metodologia
L'articolo affronta una questione critica nel consumo di tè: la presenza di residui di pesticidi nella zuppa di tè, che possono rappresentare un rischio per la salute nonostante i benefici nutrizionali del tè, come polifenoli e caffeina. I metodi di rilevamento tradizionali, come la gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS) o la cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC), richiedono un pretrattamento del campione dispendioso in termini di tempo e competenze professionali, limitandone l'utilizzo per analisi rapide in loco.
Il team di Zhang ha introdotto un nuovo approccio di rilevamento in situ utilizzando la spettroscopia SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering) integrata con sonde in fibra ottica. I punti salienti includono:
Fabbricazione della sonda:
I ricercatori hanno sviluppato sonde SERS in fibra ad alte prestazioni, dotate di cluster di nanobasi d'oro (AuNR), utilizzando un metodo di autoassemblaggio mediante evaporazione indotta da laser (LIESAM). Questo processo automatizzato prevede l'immersione e la trazione di fibre di silice multimodali attraverso il colloide AuNR sotto induzione laser, ottimizzato a 17 cicli per massimizzare i punti caldi SERS. La microscopia elettronica a scansione (SEM) ha confermato una distribuzione uniforme dei cluster AuNR, fornendo numerosi siti di potenziamento per i segnali Raman. (La Figura 2c mostra una tipica immagine SEM della sfaccettatura della fibra ottimizzata con cluster AuNR densamente compattati.)
Processo di rilevamento in situ:
Le sonde vengono semplicemente immerse in campioni di zuppa di tè contaminata, preparati immergendo foglie di tè verde trattate con pesticidi. Non sono necessarie fasi di estrazione o concentrazione, consentendo misurazioni "dip-dry-dip" con uno spettrometro Raman portatile (eccitazione a 785 nm, tempo di integrazione di 500 ms). (La Figura 1a illustra lo schema per la preparazione di campioni di zuppa di tè contaminata; la Figura 1b mostra la configurazione sperimentale per il rilevamento SERS.)
Pesticidi Target:
Il metodo è stato testato su tiram (un fungicida) e paraquat (un erbicida), comuni nella produzione del tè. Gli spettri SERS hanno rivelato picchi distinti, consentendo l'identificazione selettiva nella complessa matrice di nutrienti della zuppa di tè, come caffeina e catechine. (La Figura 3a confronta gli spettri SERS di zuppa di tè pulita e zuppa di tè contaminata da paraquat, evidenziando picchi a 837, 1191, 1292, 1534 e 1647 cm⁻¹ per il paraquat; la Figura 3b dimostra la riproducibilità spettrale con RSD del 6.1% a 1647 cm⁻¹.)
Questa tecnica sfrutta la raccolta integrata del segnale delle sonde in fibra, riducendo al minimo le interferenze dei componenti del tè e amplificando al contempo i segnali dei pesticidi attraverso il potenziamento elettromagnetico dei punti caldi AuNR.
Risultati e performance chiave
Lo studio ha raggiunto livelli impressionanti di sensibilità e affidabilità:
Limiti di rilevamento (DL):
1.0 μg/kg (0.001 mg/kg) per il tiram e 10.0 μg/kg (0.01 mg/kg) per il paraquat, superando molti metodi SERS precedenti basati su foglie o polveri di tè estratte. Questi limiti sono stati determinati come le concentrazioni più basse in cui i picchi caratteristici (ad esempio, 1369 cm⁻¹ per il tiram, 1647 cm⁻¹ per il paraquat) rimanevano discernibili. (Le Figure 4a e 4c mostrano gli spettri SERS dipendenti dalla concentrazione per paraquat e tiram; le Figure 4b e 4d mostrano le curve di calibrazione logaritmica.)
Analisi quantitativa:
Le curve di calibrazione logaritmica hanno mostrato una forte linearità (R² = 0.990 per il paraquat, 0.982 per il tiram) in intervalli di concentrazione compresi tra 0.01 e 0.2 mg/kg per il paraquat e tra 0.001 e 0.1 mg/kg per il tiram, consentendo una quantificazione accurata. (La Tabella 1 confronta questi dati con quelli della letteratura, evidenziando valori di DL inferiori e tempi di integrazione più brevi rispetto a lavori come Chen et al., 2020 e He et al., 2021.)
Riproducibilità e accuratezza:
Le deviazioni standard relative (RSD) delle intensità di picco erano inferiori al 10% su più sonde, indicando un'elevata coerenza. Gli esperimenti sul tasso di recupero su campioni arricchiti (paraquat a 0.15 e 0.08 mg/kg; tiram a 0.08 e 0.03 mg/kg) hanno prodotto un'accuratezza dell'86.7-110.0%, con RSD inferiori al 10%, confermando la precisione del metodo nella vera zuppa di tè. I recuperi specifici includevano il 91.3-108.7% per paraquat a 0.15 mg/kg (RSD 7.1%) e l'86.7-110.0% per tiram a 0.03 mg/kg (RSD 9.8%). (Le Figure 5a–d mostrano gli spettri SERS dei test di recupero per ciascuna concentrazione arricchita; la Tabella 2 descrive in dettaglio le concentrazioni previste, i tassi di recupero e le RSD.)
Rilevamento simultaneo:
Il metodo ha rilevato con successo residui misti di tiram e paraquat a 0.1 mg/kg ciascuno, con picchi caratteristici visibili nonostante l'adsorbimento concorrente, sebbene le intensità siano state ridotte (ad esempio, il picco di 1647 cm⁻¹ per il paraquat è sceso da 4355 a 3249 conteggi). Ciò dimostra la presenza di hotspot sufficienti per l'analisi multiresiduo in liquidi complessi. (La Figura 6 confronta gli spettri SERS di residui misti (nero) con quelli di paraquat singolo (rosso) e tiram (blu); la Tabella 3 riassume le prestazioni, inclusi RSD 6.1% per il paraquat, intervalli lineari e tassi di recupero.)
I confronti con la letteratura ne evidenziano la superiorità: DL più bassi con tempi di rilevamento più brevi e nessun pretrattamento, il che lo rende ideale per le applicazioni sul campo.
Conclusioni e impatto più ampio
I ricercatori concludono che questo metodo di sonda SERS in fibra offre una soluzione rapida, senza etichetta e altamente sensibile per il rilevamento di residui di pesticidi in alimenti liquidi complessi come la zuppa di tè. Eliminando l'estrazione del campione, riduce i tempi di analisi e migliora l'affidabilità, estendendosi potenzialmente ad altre bevande o al monitoraggio ambientale. Il lavoro sottolinea l'universalità delle sonde per vari analiti e la fattibilità per il rilevamento simultaneo di più residui, aprendo la strada a strumenti pratici per l'applicazione della sicurezza alimentare. Le direzioni future includono la combinazione dell'intelligenza artificiale con SERS per l'identificazione multiresiduo migliorata in sistemi complessis.
Sotto la guida di Chao Zhang, questa pubblicazione non solo promuove la tecnologia SERS, ma fornisce anche agli studenti laureati un'esperienza pratica nella ricerca innovativa. In qualità di CEO di KINGPO, Zhang crea un ponte tra il mondo accademico e quello industriale, applicando tali innovazioni allo sviluppo di dispositivi di rilevamento intelligenti. Questo risultato è in linea con gli standard globali di sicurezza alimentare, come quelli dell'Organizzazione Mondiale della Sanità, e dimostra l'autorevole contributo della Dongguan University of Technology alla prevenzione intelligente dei disastri e all'ingegneria urbana.
Per maggiori dettagli, il documento completo è disponibile tramite DOI: 10.1016/j.jfca.2024.106520. La supervisione continua di Zhang promette ulteriori innovazioni nella rilevazione optoelettronica, rafforzando la fiducia nelle soluzioni per la sicurezza alimentare basate sulla scienza.
con sonde SERS in fibra ottica
con sonde SERS in fibra ottica
con sonde SERS in fibra ottica
con sonde SERS in fibra ottica
con sonde SERS in fibra ottica
con sonde SERS in fibra ottica
con sonde SERS in fibra ottica
con sonde SERS in fibra ottica
