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Detección rápida y barata de la contaminación con telefonos inteligentes

Estados Unidos Control Calidad

El patógeno transmitido por los alimentos Escherichia coli O157 causa un estimado de 73.000 enfermedades y 60 muertes cada año en los Estados Unidos. Mejores pruebas de seguridad podrían ayudar a evitar algunas de las enfermedades causadas por esta cepa de E. coli y otras bacterias dañinas, según investigadores del MIT que han presentado una posible nueva solución.

La nueva prueba del MIT se basa en un nuevo tipo de gotita líquida que se puede unir a las proteínas bacterianas. Esta interacción, que puede ser detectada por el ojo desnudo o un teléfono inteligente, podría ofrecer una alternativa mucho más rápida y más barata a las pruebas de seguridad alimentaria existentes.
"Es una nueva forma de detectar la bacteria", dice Timothy Swager, el profesor de química de John D. MacArthur en MIT y el autor principal del estudio. "Lo que tenemos aquí es algo que puede ser masivamente más barato, con bajos costos de entrada".

Hace dos años, el laboratorio de Swager desarrolló una forma de hacer gotitas complejas pero de forma simple, incluyéndolas en gotas llamadas emulsiones de Janus. Estas gotitas Janus consisten en dos hemisferios de igual tamaño, uno hecho de fluorocarbono y otro hecho de un hidrocarburo. El fluorocarburo es más denso que el hidrocarburo, que cuando las gotitas se ponen sobre una superficie, la mitad de fluorocarburo queda en el fondo.

Los investigadores decidieron explorar utilizando estas gotitas como sensores debido a sus propiedades ópticas únicas. En su estado natural, las gotitas Janus son transparentes cuando se ven desde arriba, pero parecen opacas si se ven desde el lado, debido a la forma en que la luz se dobla a medida que viaja a través de las gotitas.
Para convertir las gotitas en sensores, los investigadores diseñaron una molécula de surfactante que contiene azúcar de manosa para autoensamblarse en la interfaz hidrocarburo-agua, que constituye la mitad superior de la superficie de la gota. Estas moléculas pueden unirse a una proteína llamada lectina, que se encuentra en la superficie de algunas cepas de E. coli. Cuando E. coli está presente, las gotitas se unen a las proteínas y se agrupan juntas. Esto hace que las partículas pierdan el equilibrio, de modo que la luz que las golpea se dispersa en muchas direcciones y las gotitas se vuelven opacas cuando se ven desde arriba.

"Estamos usando el reconocimiento molecular nativo que estos patógenos usan y se reconocen entre sí con estos esquemas débiles de carbohidrato-lectina". Dice Swager. "Aprovechamos la multivalencia de las gotitas para aumentar la afinidad de unión, y esto es algo muy diferente a lo que otros sensores están usando".

Para demostrar cómo estas gotitas se podrían utilizar para detectar la bacteria, los investigadores los colocaron en una placa de Petri encima de un código QR que puede ser escaneado con un teléfono inteligente. Cuando E. coli están presentes, las gotitas se agrupan y el código QR no se puede leer.

Chad Mirkin, profesor de química en la Universidad Northwestern y director del Instituto Internacional de Nanotecnología, describió las partículas como "una poderosa nueva clase de ensayos".
"Son elegantemente simples, pero se basan en nuevos enfoques inteligentes para fabricar y manipular emulsiones", dice Mirkin, que no participó en la investigación. "Esta demostración de prueba de concepto en la detección de patógenos transmitidos por los alimentos es convincente, ya que constituyen una clase importante de analitos que define una necesidad insatisfecha en la comunidad de biosensores".

Más rápido y más barato
Las pruebas actuales de inocuidad de los alimentos a menudo involucran la colocación de muestras de alimentos en un plato de cultivo para ver si se forman colonias bacterianas dañinas, pero ese proceso toma de dos a tres días. Las técnicas más rápidas basadas en la amplificación del ADN bacteriano o las interacciones entre anticuerpos y bacterias son caras y requieren instrumentos especiales.
El equipo del MIT espera adaptar su nueva tecnología a matrices de pocillos pequeños, cada una de las cuales contiene gotas personalizadas para detectar un patógeno diferente y vinculado a un código QR diferente. Esto podría permitir una detección rápida y barata de la contaminación utilizando sólo un teléfono inteligente.

"La gran ventaja de nuestro dispositivo es que no se necesitan instrumentos especializados y capacitación técnica para hacer esto", dice Zhang. "Eso puede permitir que la gente de la fábrica, antes de enviar la comida, la escanee y pudiendo asegurarse de que es segura".

Los investigadores ahora están trabajando en la optimización de la preparación de la muestra de alimentos para que puedan ser colocados en los pocillos con las gotitas. También planean crear gotitas personalizadas con azúcares más complejas que se unirían a diferentes proteínas bacterianas. 

"Se podría hacer gotas que puedan atrapar bacterias diferentes, basadas en el azúcar que ponemos en ellos", dice Savagatrup. Los investigadores también están tratando de mejorar la sensibilidad del sensor, que en la actualidad es similar a las técnicas existentes, pero tiene el potencial de ser mucho mayor. Esperan lanzar una compañía para comercializar la tecnología en el próximo año y medio.

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