新型传感器有助于为植物开发对蜜蜂友好的保护

全球对植物性食品的需求不断增长，因此必须使用杀虫剂来保护农作物免受害虫侵害并确保农作物产量。然而，有一个主要缺点：杀虫剂的广泛使用导致过去昆虫数量大幅减少。野生蜜蜂对授粉做出了重大贡献，因此对农业产量至关重要，其数量减少尤其令人担忧。

为了解决这一困境，弗劳恩霍夫电子微系统和固态技术研究所（简称 EMFT）的科学家们正在致力于开发新型传感器，作为 Ökotox 研究项目的一部分。这些传感器旨在帮助在新植物保护产品的早期开发阶段识别“对蜜蜂有害”的物质。

“我们的目标是让这些传感器在几个小时内显示对昆虫的有害影响，同时允许同时测试许多物质，从而节省时间和金钱，”Joachim Wegener 教授说。Wegener 是位于雷根斯堡大学 （UR） 校园内的弗劳恩霍夫“基于细胞的传感器技术”系的负责人，该系与雷根斯堡大学分析化学、化学和生物传感器研究所密切相关。

新方法的基本概念是基于使用昆虫细胞作为传感器。这些细胞具有相应昆虫的典型新陈代谢，当暴露于生物活性物质时可以指示任何有害影响。“细胞被转移到底部装有微电极的实验室培养皿中，”Wegener 解释说。在这些所谓的多电极阵列中，实时确定电池对交流电的电阻（阻抗），并报告对电池的有害影响。

该方法可以补充用于确定分离活性成分的毒性浓度的常规生物分析测试。然而，杀虫剂通常含有许多添加剂，这些添加剂通常会造成意想不到的毒性作用。使用昆虫细胞传感器，可以在一次实验中测试整个混合物的效果。这样可以快速识别新配方的生物效应。

细胞在实验室中培养。它们直接冷冻在多电极阵列的孔中，并在低温下储存。现在，细胞可以根据需要解冻，并在几分钟内准备好进行测试，甚至可以直接在现场进行测试，无需细胞培养实验室。这使得在进行测试之前很久就可以省时且经济地准备大批量传感器单元。

到目前为止，已经使用这种传感器技术测试了五种不同的农药的急性细胞毒性。“结果表明，一些出售给家庭使用的杀虫剂在浓度远低于推荐施用浓度时具有毒性，”负责该项目的 Stefanie Michaelis 说。

为了实现传感器加载电极阵列的自动化应用，Fraunhofer EMFT 的研究团队开发了一种演示设备，用于除霜电池并添加样品。“该设备可实现精确计量并消除任何交叉污染”，规划和设计原型的 Christian Hochreiter 解释说。

昆虫细胞的结果在多大程度上反映了对活体昆虫的影响，这将是进一步研究的主题。

除了检测急性杀虫作用外，相同的传感器原理将用于研究各种细胞功能（表型），并在未来能够同时研究来自不同昆虫物种的细胞。“我们的目标是创建物质的全面影响概况，使其超越对单个物种的纯急性毒性，”Wegener 说。

研究结果发表在《应用研究》杂志上。

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