So funktioniert es: Mischen Sie einige winzige, speziell angefertigte Blasen mit Flüssigkeit, von der Sie glauben, dass sie E. coli- Bakterien enthält. Legen Sie einen QR-Code unter die Petrischale und schalten Sie die Kamera Ihres Telefons ein. Wenn das Telefon den Code lesen kann, ist es sicher. Wenn nicht, gibt es E. coli .
Dies ist das Ergebnis einer Untersuchung, die in der neuen Zeitschrift Central Science der American Chemical Society veröffentlicht wurde. Die Technik hängt vom Design der mikroskopischen Tröpfchen ab, und die Autoren geben an, dass sie die zum Testen von Lebensmitteln erforderliche Zeit erheblich verkürzen können.
Lebensmittelvergiftungen sind ein großes Problem, selbst in den USA. Laut Angaben des Centers for Disease Control and Prevention aus dem Jahr 1999 verursacht E. coli 73.000 Krankheiten und 60 Todesfälle pro Jahr. Es ist grundlegend, die Tests zu beschleunigen, sollte jedoch bedeuten, dass mehr Tests durchgeführt werden .
"Das große Problem ist, dass Sie bei der Herstellung von Lebensmitteln, wenn Sie nicht über etwas verfügen, das im Wesentlichen der Zeitskala Ihres Herstellungsprozesses entspricht, das Produkt in einem Lager [zum Testen] aufbewahren müssen." sagt Tim Swager, Chemieprofessor am MIT und Autor der Studie. „Du brauchst etwas, das praktisch Minuten oder vielleicht ein paar Stunden ist, keinen Tag oder Dutzende von Stunden. Und genau hier befindet sich der aktuelle Stand der Technik. Das ist zu langsam und sehr kostspielig. “
Das Team von Swager mischt zwei Arten von Material in Tröpfchen im Mikrometerbereich, so genannte Janus-Emulsionen. Sie beginnen mit zwei Materialien, Kohlenwasserstoff (H2O gebunden mit Kohlenstoff, wie Sie in Brenngasen erhalten) und Fluorkohlenwasserstoff (Fluor gebunden mit Kohlenstoff, ein Material in Angelschnur verwendet). Sie erhitzen die beiden Flüssigkeiten und drücken sie durch winzige Kanäle zusammen. Sie spritzen sie in fließendes Wasser, ähnlich wie ein Rohr, das in einen Fluss fließt. Wenn die Partikel abkühlen, bilden sie Kugeln, die zur Hälfte aus Kohlenwasserstoff und zur Hälfte aus Fluorkohlenwasserstoff bestehen.
An diese Tröpfchen heften die Wissenschaftler ein pflanzliches Protein namens Lectin an, das an E. coli bindet. Normalerweise hält die schwerere Fluorkohlenwasserstoffseite der Tröpfchen sie gerade, wobei alle ihre Kohlenwasserstoffhalbkugeln nach oben weisen. In diesem Zustand wirken sie wie eine Linse mit unendlicher Brennweite; licht geht geradeaus durch. Aber wenn das Lektin bindet, verändert das anhaftende Bakterium das Gleichgewicht der Tröpfchen und bewirkt, dass sie auf die Seite kippen. In diesem Fall streut die Brechung Licht und blockiert alles, was sich darunter befindet.
Links Janus-Tröpfchen von oben. Nachdem die Tröpfchen auf ihr Ziel, ein Bakterienprotein, treffen, klumpen sie zusammen (rechts). (Qifan Zhang) Die Forscher haben diese Technik an verschiedenen Arten von gutartigen E. coli getestet und planen, sie auf andere Bakterien oder sogar andere Arten von Krankheitserregern auszudehnen.
„Die Tatsache, dass sie so gut reagieren können, dass sie sich neigen können und wir sie neu ausrichten können und sie sich wie Linsen verhalten und dass wir die Schwerkraft verwenden, um sie auszurichten. Das sind eine Menge wirklich ungewöhnlicher Zutaten, aber es macht wirklich Spaß leistungsstarke Plattform “, sagt Swager.
Die Anwendung der Technologie auf pathogene Stämme ist möglich, aber Sie benötigen für jeden eine andere Bindungsstruktur, sagt John Mark Carter, ein ehemaliger Forscher für lebensmittelbedingte Kontaminanten am USDA, der sich jetzt mit derselben Branche befasst.
"Es ist wirklich nicht so einfach, wie es sich anhört", sagt Carter. „Lebensmittel enthalten viele Dinge, die eine Vielzahl von Oberflächen unspezifisch binden.“
Er fügt hinzu, dass die Tröpfchen genau ausbalanciert sein müssen, was die Forscher konnten, was jedoch bei Tests zur Lebensmittelsicherheit im Alltag viel problematischer wird. Carter ist überrascht, dass die Forscher an dieser Stelle einen Lebensmitteltest vorschlagen. "Man sollte wirklich nicht über Essen reden, bis man Experimente mit Essen macht", sagt er.
Zusätzlich sind die Empfindlichkeitsgrenzen für E. coli in Lebensmitteln viel niedriger, als diese Technik noch bieten kann. Swager konnte das Vorhandensein von E. coli nachweisen, wenn etwa 10.000 Zellen pro ml Lösung vorhanden waren. Im Jahr 2010 reduzierte die FDA die zulässige Menge an nicht toxischen E. coli in Käse (eine Art allgemeiner Hygienegrenze) von 100 MPN (wahrscheinlichste Zahl) pro Gramm auf 10 MPN. Im vergangenen Jahr hat die Behörde darauf verzichtet und erklärt, sie habe keine Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit gehabt, aber für die Lebensmittelsicherheit und das giftige E. coli ist die Toleranz gleich Null. Es gibt keine Technologie, die eine einzelne E. coli- Zelle nachweisen kann, weshalb die gegenwärtigen Standards auf dem Wachstum von Kolonien in einer Schale beruhen.
"Ein Bakterium reicht aus, um Sie zu töten", sagt Carter. „Wenn es sich um eine sehr hohe Konzentration von Bakterien handelt, kann man sie ohne Verstärkung nachweisen. Aber fast jeder baut es an… man muss es anbauen, weil man kein einziges Bakterium nachweisen kann. “
Wenn sich die Technologie von Swager in der Branche verbreiten soll, müssen diese Probleme behoben und dann parallele Studien durchgeführt werden, um sie mit den aktuellen Standards zu vergleichen. Wenn dies nicht der Fall ist, könnte es in der Lebensmittelindustrie Anwendungen für die interne Qualitätskontrolle geben (obwohl die Empfindlichkeit der Erkennung immer noch ein Problem darstellt).
„Eggowaffeln hatten einen Rückruf [im Jahr 2016]. Es war kein großer Rückruf, aber es waren Listerien “, sagt Swager. „Als meine Kinder klein waren, gab ich ihnen Eggowaffeln und sie gingen auf dem Schulweg zur Tür hinaus. Aber wie lange wird es dauern, bis Eltern ihre Kinder mit Eggowaffeln füttern? Die Auswirkungen auf die Marken sind also auch sehr hoch. “
