Optimisation using the finite element method of a filter-based microfluidic SERS sensor for detection of multiple pesticides in strawberry

微流控 有限元法 杀虫剂 色谱法 滤波器(信号处理) 滤纸 化学 生物系统 纳米技术 材料科学 工程类 结构工程 农学 计算机视觉 计算机科学 生物
作者
Sara Asgari,Guangfu Wu,S. Ali Aghvami,Yi Zhang,Mengshi Lin
出处
期刊:Food Additives & Contaminants: Part A [Taylor & Francis]
卷期号:38 (4): 646-658 被引量:20
标识
DOI:10.1080/19440049.2021.1881624
摘要

This study developed an in-field analytical technique for food samples by integrating filtration into a surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) microchip. This microchip embedded a filter membrane in the chip inlet to eliminate interfering particulates and enrich target analytes. The design and geometry of the channel were optimised by finite-elemental method (FEM) to tailor variations of flow velocity (within 0–24 μL/s) and facilitate efficient mixing of the filtrate with nanoparticles in two steps. Four pesticides (thiabendazole, thiram, endosulfan, and malathion) were successfully detected either individually or as a mixture in strawberries using this sensor. Strong Raman signals were obtained for the four studied pesticides and their major peaks were clearly observable even at a low concentration of 5 µg/kg. Limits of detection of four pesticides in strawberry extract were in the range of 44–88 μg/kg, showing good sensitivity of the sensor to the target analytes. High selectivity of the sensor was also proved by successful detection of each individual pesticide as a mixture in strawberry matrices. High recoveries (90–122%) were achieved for the four pesticides in the strawberry extract. This sensor is the first filter-based SERS microchip for identification and quantification of multiple target analytes in complex food samples.

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