Новый фотонный сенсор для быстрого обнаружения бактерий и пестицидов на фруктах и овощах

Исследователи в рамках поддержанного ЕС проекта GRACED разрабатывают новый сенсор, который может кардинально улучшить мониторинг безопасности пищевых продуктов в Европе. Сверхчувствительный фотонный сенсор сможет надежно обнаруживать микроскопические следы вредных химических веществ и бактерий на фруктах и овощах в течение нескольких минут.

Обычный мониторинг этих продуктов является дорогостоящим и длительным. Когда случайные партии тестируются, а образцы отправляются в лаборатории для анализа, получение результата может занять два-три дня. Учитывая, что фрукты и овощи быстро портятся, а проверки дороги, производители часто прибегают к меньшему количеству проверок безопасности. Эти временные и стоимостные ограничения также исключают тестирование в супермаркетах и ресторанах, где проверки могли бы играть ключевую роль в защите здоровья потребителей.

Важность лучшего мониторинга безопасности пищевых продуктов подчеркивается оценкой в 385 миллионов человек по всему миру, которые ежегодно непреднамеренно травятся, 11 000 из которых умирают. Известно, что остатки пестицидов, попадающие в организм через пищу или воду, влияют на иммунную, эндокринную и нервную системы и связаны с широким спектром заболеваний, таких как врожденные дефекты и рак. «При тысячах смертей по всему миру нам срочно необходимо новое быстрое устройство для мониторинга, которое было бы точным, высокочувствительным и дешевым в производстве», — говорит директор по НИОКР Алессандро Джусти из координатора проекта GRACED, Кипрского исследовательского и инновационного центра (CyRIC).

Обнаружение загрязняющих веществ до 100 раз быстрее

Разрабатываемое высокочувствительное устройство для мониторинга использует лазерный свет для обнаружения пестицидов и бактерий без необходимости в химических маркерах или красителях. Устройство, называемое плазмон-фотонным бимодальным мультиплексным сенсором, может обнаруживать мельчайшие следы пестицида или бактерии в 50–100 раз быстрее, чем существующие технологии. Кроме того, рецепторы на поверхности сенсора настраиваются на конкретную бактерию или химическое вещество, поэтому сенсор захватывает только целевые аналиты, создавая уникальный сигнал при наличии вредного вещества.

Как именно это работает? Свет, распространяющийся в сенсоре, создает полностью открытое затухающее поле над поверхностью сенсора. Когда образец проходит через сенсор, происходят изменения в скорости лазерного света, что изменяет интерференционную картину на выходе. Это позволяет рецепторам на поверхности сенсора идентифицировать вредное химическое вещество или бактерию, обеспечивая мгновенную диагностику. «Все делается на одном чипе — мы работаем над одновременным обнаружением семи различных аналитов менее чем за 30 минут (включая время подготовки образца)», — говорит Джусти.

По словам директора CyRIC, эту технологию можно использовать для определения загрязнения в чем угодно: от воды, используемой для растений, до самих фруктов и овощей. «Вертикальные или городские фермы… немного похожи на лабораторию, где все проводится в контролируемых помещениях. Контроль качества воды очень важен для успеха таких ферм, и если этот процесс автоматизирован, это еще лучше.

Некоторые городские фермы используют «серую воду» — воду из раковин для орошения — где возможен риск загрязнения. Таким образом, такое решение, как наше, будет отлично дополнять футуристическое производство продуктов питания».

Технология GRACED будет протестирована в различных системах производства и распределения во Франции, Италии и Венгрии.