Mithilfe elektrochemischer Sensortechnologie hat eine Gruppe von Studenten der Technischen Universität (VNU) ein Gerät entwickelt, das Antibiotikarückstände in Milch, Fleisch, Meeresfrüchten usw. in geringen Konzentrationen bestimmen kann.
Seit August 2022 erforschen Tran Van Dinh und Nguyen Van Khanh, Schüler der Klasse K65 der Technischen Universität, das Verfahren zur Bestimmung von Rückständen des Antibiotikums Chloramphenicol (CAP) in Lebensmitteln auf der Grundlage elektrochemischer Analysetechniken.
Tran Van Dinh, Vertreter des Forschungsteams, sagte, dass das vom Team in der Studie verwendete Material superparamagnetische Fe3O4-Nanopartikel seien, die zur Modifizierung der Elektrode des elektrochemischen Sensors verwendet würden, wodurch die Leistung verbessert und das Erkennungssignal von CAP-Antibiotikarückständen in Lebensmitteln in niedrigen Konzentrationen verstärkt werde.
Superparamagnetische Fe3O4-Nanopartikel wurden aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit, chemischen Stabilität und überlegenen elektrochemischen Leistung ausgewählt. Insbesondere weisen Fe3O4-Partikel eine gute Biokompatibilität, eine hohe Adsorptionskapazität für organische Substanzen wie CAP in Lebensmitteln und niedrige Produktionskosten auf.
Die CV-Kurve wird verwendet, um die Empfindlichkeit und das Signal des Sensors zu messen, wenn das elektrochemische Gerät an den Computer angeschlossen ist. Foto: NVCC
Unter Anleitung der Dozenten konzipierte das Forschungsteam in 7 Monaten ein Gerät mit 3-Elektroden-Sensortechnologie mit drei Funktionen (Arbeiten, Vergleichen und Referenzieren). Das Gerät basiert auf dem Prinzip elektrochemischer Sensoren, die mit Antibiotika interagieren. Die Veränderung dieser Wechselwirkung wird am elektrochemischen Messsystem erfasst.
Insbesondere interagieren die superparamagnetischen Fe3O4-Nanopartikel auf der Arbeitselektrode des Sensorgeräts mit dem antibiotischen CAP in der Lebensmittelprobe. Sobald die Interaktion stattfindet, ändern sich die elektrochemischen und resistiven Parameter des Sensors. Diese Veränderung wird erfasst und in das Mess- und Regelsystem eingespeist.
Durch Messgeräte und Signalanalyseverfahren werden die Messwerte des Sensors aufbereitet und analysiert und so die Rückstände von CAP-Antibiotika in Lebensmittelproben ermittelt. Die Dauer einer Analyse beträgt in der Regel 3-5 Minuten.
Zur Verwendung werden Lebensmittelproben wie Fleisch, Meeresfrüchte usw. für das Screening vorbereitet und verarbeitet. Anschließend wird die Lebensmittelprobe in den mit dem elektrochemischen Messsystem verbundenen elektrochemischen Sensor eingeführt, um das Signal aufzuzeichnen und zu verarbeiten.
Als Ergebnis erkannte das Gerät 5 μm CAP-Rückstände in Milchproben und 25 μm in Fleischproben sowie einigen anderen Lebensmittelproben wie Garnelen, Fisch, Wasserquellen usw. Der zulässige Antibiotikarückstand in den meisten gängigen Lebensmitteln liegt bei 0,3 μm.
Dinh fügte hinzu, dass zur Anwendung dieses Geräts mit elektrochemischer Sensortechnologie einige Probenvorbereitungsprozesse erforderlich seien. Diese Schritte werden im Labor durchgeführt.
Das Forschungsteam hofft, dass das Produkt in Zukunft mit der Entwicklung der Technologie und weiterer Forschung zu einem kompakten Gerät oder Teststreifen verbessert werden kann. Von dort aus können Menschen zu Hause Antibiotikarückstände in Lebensmitteln überprüfen, ohne in ein Labor gehen oder über spezielle Fachkenntnisse verfügen zu müssen. Wenn das Produkt auf den Markt kommt, wird es dazu beitragen, die Lebensmittelqualität zu kontrollieren und die Gesundheit der Menschen zu schützen.
Dr. Nguyen Thi Minh Hong, Dozentin an der Fakultät für Technische Physik und Nanotechnologie der Technischen Universität, stellte fest, dass die Analyse und Bestimmung toxischer Antibiotikarückstände derzeit häufig mit einer Reihe von Methoden durchgeführt wird, beispielsweise mit Dünnschichtchromatographie, Kapillarelektrophorese, Immunosorbent-Assay, optischen Biosensoren usw. Trotz ihrer hohen Effizienz, Empfindlichkeit und vieler anderer Vorteile können die meisten dieser Methoden nicht direkt zum Nachweis von Antibiotika eingesetzt werden, da sie komplexe Vorgänge und Implementierungsprozesse erfordern, hohe Kosten verursachen, zeitaufwändig sind und bei der Probenvorbereitung viele Bedingungen erfüllen müssen.
Dr. Hong sagte, dass markierungsfreie elektrochemische Analysetechniken auf Basis elektrochemischer Sensoren aufgrund ihres einfachen Analyseprozesses, ihrer schnellen Reaktion, ihrer hohen Sensitivität und Selektivität sowie ihrer geringen Analysekosten als potenzielle Lösung gelten. Die Forschungsergebnisse der Gruppe sind sehr positiv, sie erreichen die gesetzten Ziele, haben eine gute praktische Anwendbarkeit und können weiterentwickelt werden.
Sie schlug vor, dass das Forschungsthema der Studentengruppe Einheiten, Behörden und Unternehmen dabei helfen könnte, es bei der Rückverfolgung und Kontrolle der Lebensmittelqualität anzuwenden.
Derzeit führt das Forschungsteam weitere Forschungen durch und entwickelt magnetische Nanomaterialien, um Elektroden zu modifizieren, den Herstellungsprozess zu optimieren und die Eigenschaften elektrochemischer Sensoren zu verbessern. „Die zur Modifikation verwendeten Materialien werden mit Nanomaterialien getestet, die mit unterschiedlichen Methoden hergestellt wurden. Dabei werden die technologischen Bedingungen verändert, um die elektrochemische Effizienz, Empfindlichkeit und Selektivität für die Erkennung einer Vielzahl von Antibiotika und toxischen Substanzen zu verbessern“, sagte Dr. Hong.
Studien zeigen, dass der unkontrollierte Missbrauch von CAP-Antibiotika in der Vieh- und Pflanzenzucht dazu geführt hat, dass Lebensmittel immer noch Antibiotikarückstände enthalten. Die Einnahme von Nahrungsmitteln mit Antibiotikarückständen über einen langen Zeitraum oder deren kontinuierliche Einnahme kann zu einer Vergiftung des Körpers, einer Knochenmarkaplasie, die zu Anämie führt, sowie zu Leukämie und einem Grey-Syndrom führen, das Zyanose und Kreislaufkollaps verursacht und zum Tod führen kann. Dies tritt häufig bei Neugeborenen, insbesondere Frühgeborenen, auf.
Bich Thao
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