طراحی و اعتبارسنجی یک نانوحسگر رنگ‌سنجی مبتنی بر پلاسمون برای تشخیص حساس/انتخابی سافرانال و جلوگیری از تقلب در زعفران

این کار یک پلتفرم رنگ‌سنجی جدید برای تشخیص سافرانال (SAF) با استفاده از نانوحسگرهای پلاسمونیک (PNS) متشکل از نانوفیبرهای سلولز باکتریایی (BCNF) عامل‌دار شده با نانوذرات نقره (AgNPs) و اکسید گرافن تک لایه (GO) ارائه می‌دهد. GO سنتز شده ضخامت متوسط ​​0.9 نانومتر را نشان داد. BCNF با قطر 35 نانومتر و طول ˃10 میکرومتر، استحکام مکانیکی قوی (198 مگاپاسکال) و پایداری حرارتی (300 درجه سانتیگراد) را نشان داد. یک حسگر کنترل (PNS فقط AgNP) با استفاده از AgNPهای مشتق شده از 0.1٪ نیترات نقره ساخته شد که توسط طیف‌سنجی UV-Vis با پیک رزونانس پلاسمون سطحی موضعی (LSPR) در 450 نانومتر تأیید شد. برای عملکرد بهتر، BCNF با GO (25-100 میکروگرم در میلی‌لیتر) تیمار و با AgNPها (PNSG1-PNSG4) تثبیت شد. این حسگرهای یکپارچه با GO (سری PNSG) در مقایسه با نمونه‌های مشابه که فقط AgNP داشتند، استحکام کششی (1.25-1.29 GPa) و مدول یانگ (173-187 MPa) بالاتری نشان دادند. قرار گرفتن در معرض SAF (1-25 μL، 19.32-483 ppmv) به مدت 12-72 ساعت، باعث تغییر رنگ قابل اندازه‌گیری شد که از طریق مقادیر CIELab ΔE تجزیه و تحلیل شد. ΔE به صورت خطی با غلظت SAF افزایش یافت و نزدیک به ΔE ≈ 10 ثابت ماند. در میان تمام حسگرها، PNSG1 به پایین‌ترین حد تشخیص (LOD = 9 ppmv، RSD = 12.29%) دست یافت و از حسگر فقط-نقره (LOD = 14 ppmv، RSD = 11.41) عملکرد بهتری داشت. آزمایش‌های گزینش‌پذیری، پاسخ‌های متمایزی را نشان دادند: حسگر فقط-نقره، ΔE = 4.53 (اسید استیک)، 6.3 (استالدهید) و 7.33 (SAF) را به دست آورد، در حالی که PNSG1 با ΔE = 10.03 (SAF)، 8.55 (استالدهید) و 7.66 (اسید استیک) تمایز بیشتری نشان داد. PNSG1 انعطاف‌پذیری استثنایی، مقاومت مکانیکی و حساسیت را برای تشخیص SAF ترکیب می‌کند و آن را به ابزاری امیدوارکننده برای ارزیابی غیرمخرب کیفیت مواد غذایی، به ویژه در تأیید خلوص زعفران و شناسایی تقلبات تبدیل می‌کند.

This work presents a novel colorimetric platform for safranal (SAF) detection using plasmonic nanosensors (PNS) composed of bacterial cellulose nanofibers (BCNF) functionalized with silver nanoparticles (AgNPs) and single-layer graphene oxide (GO). Synthesized GO exhibited an average thickness of 0.9 nm. BCNF, with a 35 nm diameter and ˃10 µm length, demonstrated robust mechanical strength (198 MPa) and thermal stability (300 °C). A control sensor (AgNP-only PNS) was fabricated using AgNPs derived from 0.1% silver nitrate, confirmed by UV-Vis spectroscopy with a localized surface plasmon resonance (LSPR) peak at 450 nm. For enhanced performance, BCNF were treated with GO (25-100 μg/mL) and immobilized with AgNPs (PNSG1-PNSG4). These GO-integrated sensors (PNSG series) displayed superior tensile strength (1.25–1.29 GPa) and Young’s modulus (173–187 MPa) compared to AgNP-only counterparts. Exposure to SAF (1–25 μL, 19.32–483 ppmv) over 12–72 h induced quantifiable color shifts analyzed via CIELab ΔE values. ΔE increased linearly with SAF concentration, plateauing near ΔE ≈ 10. Among all sensors, PNSG1 achieved the lowest limit of detection (LOD = 9 ppmv, RSD = 12.29%), outperforming the Ag-only sensor (LOD = 14 ppmv, RSD = 11.41 Selectivity tests revealed distinct responses: the Ag-only PNS yielded ΔE = 4.53 (acetic acid), 6.3 (acetaldehyde), and 7.33 (SAF), while PNSG1 showed enhanced discrimination with ΔE = 10.03 (SAF), 8.55 (acetaldehyde), and 7.66 (acetic acid). PNSG1 combines exceptional flexibility, mechanical resilience, and sensitivity for SAF detection, making it a promising tool for non-destructive food quality assessment, especially in verifying saffron purity and identifying adulterants.