Τεχνολογία που θα εντοπίζει τους κινδύνους μόλυνσης σε νωπά προϊόντα σε μια ώρα.
Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Purdue παρουσίασαν μια καινοτόμο τεχνολογία βιοαισθητήρων που αποσκοπεί στη μετατροπή των γεωργικών πρακτικών με τον ταχύ εντοπισμό των κινδύνων μόλυνσης στα νωπά προϊόντα.
Το νέο σύστημα, εμπνευσμένο από τις μεθόδους δοκιμής COVID-19, επέδειξε ακρίβεια 100% εντός μιας ώρας από τη συλλογή δειγμάτων στο πεδίο, όταν δοκιμάστηκε σε εμπορική φάρμα νωπών προϊόντων.
«Η προσέγγιση που ακολουθήσαμε χρησιμοποιεί έναν δείκτη κοπράνων που ονομάζεται Bacteroidales ως δείκτη κινδύνου», δήλωσε ο Mohit Verma, αναπληρωτής καθηγητής γεωργικής και βιολογικής μηχανικής του Purdue. Το έργο, που τεκμηριώνεται στο περιοδικό Biosensors and Bioelectronics, έχει αδειοδοτηθεί μέσω της Krishi, μιας νεοσύστατης επιχείρησης στην οποία ο Verma υπηρετεί ως επικεφαλής της τεχνολογίας.
Παραδοσιακά, η εκτίμηση κινδύνου στα νωπά προϊόντα περιλαμβάνει τη μέτρηση παθογόνων μικροοργανισμών, οι οποίοι, εάν ανιχνευθούν, οδηγούν σε απόρριψη της καλλιέργειας. Ωστόσο, η ανίχνευση παθογόνων μικροοργανισμών σε χαμηλά επίπεδα, όπως απαιτείται από τα ρυθμιστικά πρότυπα για προϊόντα με σύντομη διάρκεια ζωής, παρουσιάζει σημαντικές προκλήσεις.
Η λύση της ομάδας του Verma περιλαμβάνει τη χρήση της τεχνολογίας ισοθερμικής ενίσχυσης με τη βοήθεια βρόχου (LAMP), η οποία χρησιμοποιήθηκε προηγουμένως για τη διάγνωση της αναπνευστικής νόσου των βοοειδών και του COVID-19. Η καινοτομία έγκειται στην εφαρμογή της LAMP σε συσκευές που βασίζονται σε χαρτί, επιτρέποντας γρήγορες, επιτόπιες δοκιμές για γεωργικές εφαρμογές.
Η έρευνα, που διεξήχθη σε μια εμπορική φάρμα μαρουλιού στο Salinas της Καλιφόρνια και κοντά στο Κέντρο Έρευνας και Εκπαίδευσης Ζωικών Επιστημών του Purdue στο West Lafayette, χρησιμοποίησε πλαστικές σημαίες για τη συλλογή δειγμάτων βιοαεροζόλ. «Αυτό σας επιτρέπει να μετρήσετε τα Bacteroidales και επομένως το επίπεδο της κοπρανώδους μόλυνσης», δήλωσε ο Verma. Η ακρίβεια του συστήματος επαληθεύτηκε με τη σύγκριση των αποτελεσμάτων πεδίου και εργαστηρίου, με το νέο κιτ δοκιμών να παρέχει στους παραγωγούς άμεσα, αξιοποιήσιμα δεδομένα.
Οι καλλιεργητές χρησιμοποιούν έναν διανομέα σταγόνων, προφορτωμένο με υγρό, για να κάνουν στυλεό συλλογής σημαιών. Στη συνέχεια, το υγρό διανέμεται σε χάρτινες συσκευές που περιέχουν ενώσεις απαραίτητες για την ανίχνευση του DNA. Μετά την τοποθέτηση της χάρτινης συσκευής σε θερμαντικό απεικονιστή, τα αποτελέσματα, διαθέσιμα σε μία ώρα, αποκαλύπτουν την παρουσία και το επίπεδο των Bacteroidales. Η τεχνολογία προσφέρει ένα ποσοτικό μέτρο, επιβεβαιώνοντας τις υποψίες για μόλυνση στο πεδίο και επιτρέποντας έγκαιρες παρεμβάσεις.
Παρά την πολλά υποσχόμενη ακρίβεια του συστήματος, ο Verma αναγνώρισε την ανάγκη για περαιτέρω δοκιμές σε ένα ευρύτερο φάσμα μόλυνσης. Από τις τρέχουσες δοκιμές πεδίου έλειπαν δείγματα ενδιάμεσης μόλυνσης, τα οποία είναι απαραίτητα για μια ολοκληρωμένη επικύρωση. Παρ’ όλα αυτά, η δοκιμή ανιχνεύει μόλις τρία αντίγραφα DNA Bacteroidales ανά τετραγωνικό εκατοστό, γεγονός που υποδηλώνει υψηλές δυνατότητες για ευρεία γεωργική εφαρμογή.
Η έρευνα αντιμετωπίζει επίσης την πρόκληση της ερμηνείας των επιπέδων μόλυνσης. «Δεν ξέρουμε ακόμη τι σημαίνουν αυτοί οι αριθμοί», δήλωσε ο Verma. Ο καθορισμός ορίων για τα επίπεδα μόλυνσης είναι συνεχής εργασία, ζωτικής σημασίας για την πρακτική εφαρμογή της τεχνολογίας.
Οι επικεφαλής συγγραφείς Jiangshan Wang και Simerdeep Kaur πρωτοστάτησαν στην ανάπτυξη των δοκιμών και των συσκευών που βασίζονται στο χαρτί. Το έργο περιλάμβανε επίσης σημαντικές συνεισφορές από τη Σχολή Βιοϊατρικής Μηχανικής Weldon και τη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Elmore Family, ιδίως στην ανάπτυξη της θερμαντικής απεικόνισης.
Το έργο αυτό υπογραμμίζει την ικανότητα της ομάδας Verma να μεταφέρει καινοτομίες από το εργαστήριο σε δοκιμές πεδίου, κάτι που δεν επιτυγχάνεται εύκολα. Ο Verma τόνισε τη συλλογική προσπάθεια, υπογραμμίζοντας τον εκτενή κατάλογο των συντελεστών.
Η χρηματοδότηση για το έργο αυτό προήλθε από το Κέντρο για την Ασφάλεια των Προϊόντων, το Υπουργείο Τροφίμων και Γεωργίας της Καλιφόρνιας και την Υπηρεσία Αγροτικής Εμπορίας του Υπουργείου Γεωργίας των ΗΠΑ. Το Γραφείο Εμπορίας Τεχνολογίας του Purdue Innovates, το οποίο υπέβαλε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για αυτή την τεχνολογία, έχει εκδώσει άδεια χρήσης στην Krishi. Η νεοσύστατη επιχείρηση συγκεντρώνει επί του παρόντος κεφάλαια για να φέρει την τεχνολογία στην αγορά.