Avanço na segurança alimentar: Chao Zhang, CEO da KINGPO, orienta alunos de pós-graduação a publicar artigo científico no segundo trimestre sobre detecção rápida de pesticidas em chá.

Dongguan, China – 25/10/2024 – Em um avanço significativo para a tecnologia de segurança alimentar, Chao Zhang (também conhecido como Bruce Zhang), CEO da KINGPO e um orientador de pós-graduação na Escola de Engenharia Eletrônica e Inteligência Artificial da Universidade de Tecnologia de Dongguan, liderou sua equipe de pesquisa na publicação de um artigo inovador na revista científica. Revista de Composição e Análise de Alimentos (SCI Q2, Fator de Impacto ~3.8). O estudo, intitulado “Detecção rápida e sensível in situ de resíduos de pesticidas em chá com sondas SERS de fibra óptica”, demonstra um método inovador para detectar resíduos de pesticidas diretamente no chá sem a necessidade de preparação complexa da amostra. Este trabalho destaca a expertise de Zhang em optoeletrônica e seu compromisso em orientar a próxima geração de cientistas, combinando rigor acadêmico com aplicações práticas no controle de qualidade de alimentos.

Como líder experiente na área de eletrônica e inteligência artificial, Chao Zhang orientou inúmeros alunos de pós-graduação, fomentando pesquisas interdisciplinares que abordam desafios do mundo real. Neste projeto, Zhang colaborou com o autor principal Chengbin Cai e os coautores Fei Zhou, Rang Chu, Hai Ye, Lingling Shui e Ye Liu, todos afiliados à Universidade de Tecnologia de Dongguan e instituições relacionadas. A pesquisa, aceita em 8 de julho de 2024 e publicada online logo em seguida, destaca o papel da universidade no avanço de tecnologias de engenharia para infraestrutura urbana por meio de seu Laboratório-Chave Provincial de Guangdong.

Principais inovações e metodologia

Este artigo aborda uma questão crítica no consumo de chá: a presença de resíduos de pesticidas na infusão, que podem representar riscos à saúde, apesar dos benefícios nutricionais do chá, como os polifenóis e a cafeína. Os métodos tradicionais de detecção, como a cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS) ou a cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), exigem um pré-tratamento demorado da amostra e conhecimento especializado, o que limita seu uso para testes rápidos no local.

A equipe de Zhang apresentou uma nova abordagem de detecção in situ usando espectroscopia de espalhamento Raman intensificado por superfície (SERS) integrada com sondas de fibra óptica. Os principais destaques incluem:

Fabricação de sondas:

Os pesquisadores desenvolveram sondas SERS de fibra de alto desempenho, padronizadas com aglomerados de nanobastões de ouro (AuNR), utilizando um método de automontagem por evaporação induzida por laser (LIESAM). Esse processo automatizado envolve a imersão e o puxar de fibras de sílica multimodo através de um coloide de AuNR sob indução a laser, otimizado em 17 ciclos para maximizar os pontos quentes SERS. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) confirmou a distribuição uniforme dos aglomerados de AuNR, proporcionando inúmeros sítios de intensificação para os sinais Raman. (A Figura 2c mostra uma imagem típica de MEV da faceta da fibra otimizada com aglomerados de AuNR densamente compactados.)

Processo de detecção in situ:

As sondas são simplesmente imersas em amostras de sopa de chá contaminadas, preparadas pela infusão de folhas de chá verde pulverizadas com pesticidas. Não são necessárias etapas de extração ou concentração, permitindo medições do tipo "imersão-secagem-imersão" com um espectrômetro Raman portátil (excitação a 785 nm, tempo de integração de 500 ms). (A Figura 1a ilustra o esquema para a preparação de amostras de sopa de chá contaminadas; a Figura 1b mostra a configuração experimental para detecção SERS.)

Pesticidas Alvo:

O método foi testado em tiram (um fungicida) e paraquat (um herbicida), comuns na produção de chá. Os espectros SERS revelaram picos característicos distintos, permitindo a identificação seletiva em meio à complexa matriz de nutrientes do chá, como cafeína e catequinas. (A Figura 3a compara os espectros SERS do chá puro e do chá contaminado com paraquat, destacando os picos em 837, 1191, 1292, 1534 e 1647 cm⁻¹ para o paraquat; a Figura 3b demonstra a reprodutibilidade espectral com um RSD de 6.1% em 1647 cm⁻¹.)

Essa técnica aproveita a coleta de sinal integrada das sondas de fibra, minimizando a interferência dos componentes do chá e amplificando os sinais de pesticidas por meio do aprimoramento eletromagnético dos pontos quentes das nanopartículas de ouro (AuNR).

Principais resultados e desempenho

O estudo alcançou sensibilidade e confiabilidade impressionantes:

Limites de Detecção (LD):

1.0 μg/kg (0.001 mg/kg) para o tiram e 10.0 μg/kg (0.01 mg/kg) para o paraquat, superando muitos métodos SERS anteriores que dependiam de folhas ou pós de chá extraídos. Esses limites foram determinados como as concentrações mais baixas nas quais os picos característicos (por exemplo, 1369 cm⁻¹ para o tiram, 1647 cm⁻¹ para o paraquat) permaneceram discerníveis. (As Figuras 4a e 4c mostram os espectros SERS dependentes da concentração para o paraquat e o tiram; as Figuras 4b e 4d exibem as curvas de calibração log-log.)

Análise quantitativa:

As curvas de calibração log-log mostraram forte linearidade (R² = 0.990 para paraquat, 0.982 para tiram) em faixas de concentração de 0.01–0.2 mg/kg para paraquat e 0.001–0.1 mg/kg para tiram, permitindo uma quantificação precisa. (A Tabela 1 compara esses resultados com a literatura, observando limites de detecção mais baixos e tempos de integração mais curtos em comparação com trabalhos como Chen et al., 2020, e He et al., 2021.)

Reprodutibilidade e Precisão:

Os desvios padrão relativos (DPRs) das intensidades dos picos foram inferiores a 10% em múltiplas amostras, indicando alta consistência. Experimentos de taxa de recuperação em amostras fortificadas (paraquat a 0.15 e 0.08 mg/kg; tiram a 0.08 e 0.03 mg/kg) apresentaram precisão de 86.7–110.0%, com DPRs inferiores a 10%, confirmando a precisão do método em sopa de chá real. As recuperações específicas incluíram 91.3–108.7% para paraquat a 0.15 mg/kg (DPR 7.1%) e 86.7–110.0% para tiram a 0.03 mg/kg (DPR 9.8%). (As Figuras 5a–d exibem os espectros SERS dos testes de recuperação para cada concentração adicionada; a Tabela 2 detalha as concentrações previstas, as taxas de recuperação e os DPRs.)

Detecção simultânea:

O método detectou com sucesso resíduos mistos de tiram e paraquat a 0.1 mg/kg cada, com picos característicos visíveis apesar da adsorção competitiva, embora as intensidades tenham sido reduzidas (por exemplo, o pico de 1647 cm⁻¹ para o paraquat caiu de 4355 para 3249 contagens). Isso demonstra a presença de hotspots suficientes para a análise de múltiplos resíduos em líquidos complexos. (A Figura 6 compara os espectros SERS de resíduos mistos (preto) com os de paraquat (vermelho) e tiram (azul) isolados; a Tabela 3 resume o desempenho, incluindo o RSD de 6.1% para o paraquat, as faixas lineares e as taxas de recuperação.)

Comparações com a literatura destacam a superioridade: níveis de detecção mais baixos, tempos de detecção mais curtos e sem necessidade de pré-tratamento, tornando-o ideal para aplicações em campo.

Conclusões e impacto mais amplo

Os pesquisadores concluíram que esse método de sonda SERS de fibra oferece uma solução rápida, sem marcadores e altamente sensível para detectar resíduos de pesticidas em alimentos líquidos complexos, como sopa de chá. Ao eliminar a extração da amostra, o método reduz o tempo de análise e melhora a confiabilidade, podendo ser estendido a outras bebidas ou ao monitoramento ambiental. O trabalho enfatiza a universalidade das sondas para diversos analitos e a viabilidade da detecção simultânea de múltiplos resíduos, abrindo caminho para ferramentas práticas na fiscalização da segurança alimentar. Direções futuras incluem a combinação de inteligência artificial com SERS para identificação aprimorada de múltiplos resíduos em sistemas complexoss.

Sob a orientação de Chao Zhang, esta publicação não só impulsiona a tecnologia SERS, como também proporciona aos alunos de pós-graduação experiência prática em pesquisa inovadora. Como CEO da KINGPO, Zhang faz a ponte entre a academia e a indústria, aplicando essas descobertas para desenvolver dispositivos de detecção inteligentes. Essa conquista está alinhada com os padrões globais de segurança alimentar, como os da Organização Mundial da Saúde, e demonstra as importantes contribuições da Universidade de Tecnologia de Dongguan para a prevenção inteligente de desastres e a engenharia urbana.

Para obter mais detalhes, o artigo completo está disponível em DOI: 10.1016/j.jfca.2024.106520. A supervisão contínua de Zhang promete novas inovações em sensores optoeletrônicos, reforçando a confiança em soluções de segurança alimentar baseadas na ciência.

Detecção rápida e sensível in situ de resíduos de pesticidas em sopa de chá real com sondas SERS de fibra óptica.