Вот как это работает: смешайте несколько крошечных пузырьков специального приготовления с жидкостью, которая, по вашему мнению, может содержать бактерии кишечной палочки. Поместите QR-код под чашку Петри и включите камеру вашего телефона. Если телефон может прочитать код, это безопасно. Если нет, то есть кишечная палочка .
Это результаты исследований, опубликованные в новом журнале Американского химического общества, Central Science . Техника зависит от дизайна микроскопических капель, и ее авторы говорят, что она может значительно сократить количество времени, необходимое для тестирования пищи.
Пищевое отравление является большой проблемой, даже в США, так как кишечная палочка вызывает 73 000 заболеваний и 60 смертей в год, согласно данным Центров по контролю и профилактике заболеваний за 1999 год. Это базовое, но ускорение тестирования должно означать, что будет проведено больше испытаний,
«Большая проблема в том, что когда вы производите продукты питания, если у вас нет чего-то, что в основном соответствует масштабу вашего производственного процесса, вам приходится держать продукт в хранилище [для тестирования]». говорит Тим Свагер, профессор химии в Массачусетском технологическом институте и автор исследования. «Вам нужно что-то, что занимает минуты, а может и пару часов, а не день или десятки часов. И вот где текущее состояние технологии сейчас. Это слишком медленно и очень дорого ».
Команда Swager смешивает два типа материала в микронные капли, называемые эмульсиями Януса. Они начинаются с двух материалов: углеводород (H2O, связанный с углеродом, как в топливных газах) и фторуглерод (фтор, связанный с углеродом, материал, используемый в леске). Они нагревают две жидкости и заставляют их соединяться через крошечные каналы, впрыскивая их в текущую воду, что-то вроде трубы, сбрасываемой в реку. Когда частицы охлаждаются, они образуют сферы, наполовину углеводородные, наполовину фторуглеродные.
К этим каплям ученые прикрепляют растительный белок под названием лектин, который связывается с кишечной палочкой . Обычно более тяжелая фторуглеродная сторона капель удерживает их на одном уровне, причем их углеводородные полусферы обращены вверх. В этом состоянии они действуют как линза с бесконечным фокусным расстоянием; свет проходит по прямой линии. Но когда лектин связывается, бактерии, которые присоединяются, изменяют баланс капель, заставляя их опрокинуться на бок. Когда это происходит, рефракция рассеивает свет, блокируя все, что находится внизу.
Слева - капли Януса, вид сверху. После того, как капли сталкиваются с их мишенью, бактериальным белком, они собираются вместе (справа). (Кифан Чжан) Исследователи проверили эту технику на нескольких типах доброкачественной кишечной палочки и планируют распространить эту технику на другие бактерии или даже другие виды патогенов.
«Тот факт, что они могут реагировать так хорошо, они могут наклоняться, и мы можем переориентировать их, и они ведут себя как линзы, и что мы используем гравитацию, чтобы выровнять их, это много действительно необычных ингредиентов, но это действительно мощная платформа », - говорит Свагер.
Применение этой технологии к патогенным штаммам осуществимо, но для каждого из них потребуется разная структура связывания, говорит Джон Марк Картер, бывший исследователь пищевых загрязнений в Министерстве сельского хозяйства США, который сейчас консультируется в той же отрасли.
«Это действительно не так просто, как кажется», - говорит Картер. «Пища содержит много вещей, которые неспецифично связывают различные поверхности».
Он добавляет, что капли должны быть точно сбалансированы, что удалось сделать исследователям, но это становится намного более проблематичным в реальных испытаниях на безопасность пищевых продуктов. Картер удивлен, что исследователи предлагают тестирование пищи в этот момент. «Вы действительно не должны говорить о еде, пока не проведете эксперименты с едой», - говорит он.
Кроме того, пределы чувствительности к кишечной палочке в пище намного ниже, чем может предложить этот метод. Swager смог обнаружить присутствие кишечной палочки, когда на мл раствора приходится около 10000 клеток. В 2010 году FDA снизило количество нетоксичной кишечной палочки, разрешенной для сыра (своего рода общий санитарный предел), со 100 MPN (наиболее вероятное количество) на грамм до 10 MPN. В прошлом году агентство отказалось от этого, заявив, что это не повлияло на здоровье населения, но в отношении безопасности пищевых продуктов и токсической кишечной палочки толерантность равна нулю. Нет технологии, которая могла бы обнаружить одну клетку E.coli, поэтому современные стандарты основаны на выращивании колоний в чашке.
«Одной бактерии достаточно, чтобы убить тебя», - говорит Картер. «Если это очень высокая концентрация бактерий, вы можете обнаружить ее без усиления. Но почти все выращивают это ... Вы должны выращивать это, потому что вы не можете обнаружить одну бактерию ».
Чтобы технология Swager стала широко распространенной в отрасли, необходимо решить эти проблемы, а затем провести параллельные исследования, чтобы сравнить ее с действующими стандартами. В отсутствие этого могут быть приложения для внутреннего контроля качества в пищевой промышленности (хотя чувствительность обнаружения все еще будет проблемой).
«У вафель Eggo был отзыв [в 2016 году]. Это был не большой отзыв, но это была листерия », - говорит Свагер. «Когда мои дети были маленькими, я давал им вафли« Эгго », и они выходили из дома по дороге в школу. Но вы знаете, у вас есть отзыв продукта, как это, сколько времени пройдет, прежде чем родители будут кормить своих детей вафлями Eggo? Таким образом, последствия для брендов также очень высоки ».
