全球?qū)χ参镄允称返男枨蟛粩嘣鲩L，因此必須使用殺蟲劑來保護(hù)農(nóng)作物免受害蟲侵害并確保農(nóng)作物產(chǎn)量。然而，有一個主要缺點(diǎn)：殺蟲劑的廣泛使用導(dǎo)致過去昆蟲數(shù)量大幅減少。野生蜜蜂對授粉做出了重大貢獻(xiàn)，因此對農(nóng)業(yè)產(chǎn)量至關(guān)重要，其數(shù)量減少尤其令人擔(dān)憂。

為了解決這一困境，弗勞恩霍夫電子微系統(tǒng)和固態(tài)技術(shù)研究所（簡稱 EMFT）的科學(xué)家們正在致力于開發(fā)新型傳感器，作為 Ökotox 研究項(xiàng)目的一部分。這些傳感器旨在幫助在新植物保護(hù)產(chǎn)品的早期開發(fā)階段識別“對蜜蜂有害”的物質(zhì)。

“我們的目標(biāo)是讓這些傳感器在幾個小時內(nèi)顯示對昆蟲的有害影響，同時允許同時測試許多物質(zhì)，從而節(jié)省時間和金錢，”Joachim Wegener 教授說。Wegener 是位于雷根斯堡大學(xué) （UR） 校園內(nèi)的弗勞恩霍夫“基于細(xì)胞的傳感器技術(shù)”系的負(fù)責(zé)人，該系與雷根斯堡大學(xué)分析化學(xué)、化學(xué)和生物傳感器研究所密切相關(guān)。

新方法的基本概念是基于使用昆蟲細(xì)胞作為傳感器。這些細(xì)胞具有相應(yīng)昆蟲的典型新陳代謝，當(dāng)暴露于生物活性物質(zhì)時可以指示任何有害影響�！凹�(xì)胞被轉(zhuǎn)移到底部裝有微電極的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中，”Wegener 解釋說。在這些所謂的多電極陣列中，實(shí)時確定電池對交流電的電阻（阻抗），并報告對電池的有害影響。

該方法可以補(bǔ)充用于確定分離活性成分的毒性濃度的常規(guī)生物分析測試。然而，殺蟲劑通常含有許多添加劑，這些添加劑通常會造成意想不到的毒性作用。使用昆蟲細(xì)胞傳感器，可以在一次實(shí)驗(yàn)中測試整個混合物的效果。這樣可以快速識別新配方的生物效應(yīng)。

細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)。它們直接冷凍在多電極陣列的孔中，并在低溫下儲存。現(xiàn)在，細(xì)胞可以根據(jù)需要解凍，并在幾分鐘內(nèi)準(zhǔn)備好進(jìn)行測試，甚至可以直接在現(xiàn)場進(jìn)行測試，無需細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室。這使得在進(jìn)行測試之前很久就可以省時且經(jīng)濟(jì)地準(zhǔn)備大批量傳感器單元。

到目前為止，已經(jīng)使用這種傳感器技術(shù)測試了五種不同的農(nóng)藥的急性細(xì)胞毒性�！敖Y(jié)果表明，一些出售給家庭使用的殺蟲劑在濃度遠(yuǎn)低于推薦施用濃度時具有毒性，”負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的 Stefanie Michaelis 說。

為了實(shí)現(xiàn)傳感器加載電極陣列的自動化應(yīng)用，F(xiàn)raunhofer EMFT 的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種演示設(shè)備，用于除霜電池并添加樣品。“該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)精確計量并消除任何交叉污染”，規(guī)劃和設(shè)計原型的 Christian Hochreiter 解釋說。

昆蟲細(xì)胞的結(jié)果在多大程度上反映了對活體昆蟲的影響，這將是進(jìn)一步研究的主題。

除了檢測急性殺蟲作用外，相同的傳感器原理將用于研究各種細(xì)胞功能（表型），并在未來能夠同時研究來自不同昆蟲物種的細(xì)胞�！拔覀兊哪繕�(biāo)是創(chuàng)建物質(zhì)的全面影響概況，使其超越對單個物種的純急性毒性，”Wegener 說。

研究結(jié)果發(fā)表在《應(yīng)用研究》雜志上。