Yeni Gıda Sensörü Bozulmaları ve Kirliliği Tespit Ediyor

MIT Mühendisleri tarafından geliştirilen ipek mikro iğnelerden oluşan sensör; gıdaların ambalajları açılmadan bozuk olup olmadığını ve kirlilik düzeylerini gösteriyor.

Sensörün mikroiğneleri, ipek kozalarda bulunan yenilebilir proteinlerin bir solüsyonundan oluşuyor. İki tür özel mürekkeple basılmış sensör iplikçiklerin arkası sıvı çekmek için tasarlanmış. Birinci mürekkep belirli bir pH aralığındaki sıvıyla temas ettiğinde renk değiştirerek yiyeceğin asitlik düzeyine bağlı sorunları gösteriyor. Diğeri ise, patojenik E. coli gibi kontamine edici bakterileri algıladığında renk değiştirmekte.


Çiğ Balıkta Test Edildi!

Araştırmacılar, sensörü E. coli ile kontamine olmuş bir çözelti enjekte ettikleri bir çiğ balık filetosu ile test ettiler . Bir günden kısa bir süre sonra, sensörün bakteri algılayıcı mürekkepli iplikçikleri  maviden kırmızıya döndü. Bu durum, balığın kontamine olduğunun açık bir işareti olarak kabul edildi. Birkaç saat sonra, pH’a duyarlı mürekkepli iplikçiklerde de renk değişimi gözlemlendi ve buradan da balığın da bozulduğu anlaşıldı.

Advanced Functional Materials dergisinde  yayınlanan sonuçlar, gıda bozulma ve kontaminasyon belirtilerini tespit edebilen yeni bir kolorimetrik sensör geliştirmeye yönelik ilk adım olarak lanse edildi.

Araştırmacılara göre bu tür akıllı gıda sensörleri, soğan ve şeftalilerde yakın zamanda meydana gelen salmonella kontaminasyonu gibi salgınların önlenmesine yardımcı olabilir. Tüketicilerin basılı bir son kullanma tarihi geçmiş, ancak aslında hala tüketilebilir olan yiyecekleri atmasını da önleyerek gıda israfına karşı bir önlem de olabilir..


İpek Bazlı Mikro iğnelerin Çalışma Prensibi

Kısa süre önce geliştirilen yüksek çözünürlüklü bir floxography tekniği düşük maliyetli sensörler sağlayabilen mikroskobik desenler gerçekleştirdi. Bitkilere nüfuz eden ve besin maddelerini ileten ipek bazlı bir mikroiğneli damga bu sayede geliştirildi.  Araştırmacılar, teknolojilerinin gıda güvenliğini izleyen basılı bir gıda sensörü üretmek için eşleştirilip eşleştirilemeyeceğini halen merak etmekteler. Bu yüzden bağımsız taraflar tarafından testlerinin güncellenmesi yada olumsuz yönlerinin sunulması üzerine yen geliştirilecek araştırmaları beklemekteler.

Araştırma; Birçok gıda türünün yüzeyini delebilecek bir sensör oluşturma çabaları ile başladı. Ortaya çıkan tasarım, ipekten yapılmış bir dizi mikro iğneden oluşuyordu.

Araştırmacılardan Yrd. Doç. Benedetto Marelli “İpek tamamen yenilebilir, toksik değildir ve bir gıda bileşeni olarak kullanılabilir ve mekanik olarak et, şeftali ve marul gibi geniş bir doku türü yelpazesine nüfuz edecek kadar sağlamdır” demekte.


Derinlemesin İlerleyen Araştırma

İpek böceği kozalarından ekstrakte edilen bir protein olan ipek fibroin solüsyonu bulunduktan sonra silikon mikroiğneli kalıba döküldü. Kuruduktan sonra, her biri yaklaşık 1,6 milimetre uzunluğunda ve 600 mikron genişliğinde  mikroiğneler dizisi elde edildi.

Ekip daha sonra iki tür biyomürekkep için çözümler geliştirdi. Algılayıcı bileşenler ile karıştırılabilen renk değiştiren yazdırılabilir polimerler yapıldı. Araştırmacılar, E. coli’deki bir moleküle duyarlı olan bir antikoru bu geliştirilen biyomürekkep ile karıştırdılar . Antikor bu molekülle temas ettiğinde, şekil değiştirir ve çevredeki polimeri fiziksel olarak iter, bu da biyo-bağın ışığı absorbe etme şeklini değiştirir. Bu şekilde, bioink kontamine edici bakterileri algıladığında renk değiştirebilir.

Yeni Sensör Muaddillerine göre Daha Hızlı

Araştırmacılar, E. coli’ye duyarlı antikorlar içeren bir biomürekkep ve bozulmayla ilişkili pH seviyelerine duyarlı ikinci bir biomürekkep yaptılar . Bakteri algılayan mürekkep, mikroiğne dizisinin yüzeyine “E”, pH duyarlı mürekkebe ise“C” olarak işaret konuldu. Her iki harf de başlangıçta mavi renkte görünüyordu.

Daha sonra dizinin kılcal hareket yoluyla sıvı çekme yeteneğini artırmak için her bir mikroiğne içine gözenekler yerleştirdi. Yeni sensörü test etmek için yerel bir bakkaldan birkaç fileto çiğ balık satın alındı. Filetolardan birine  E. coli , diğerine Salmonella ve bir diğerine de herhangi bir kirletici içermeyen sıvı içeren bir sıvı enjekte edildi . Sonra bekleyişe geçildi

Yaklaşık 16 saat sonra ekip, yalnızca E. coli ile kirlenmiş filetoda “E” nin maviden kırmızıya döndüğünü gözlemledi, bu da sensörün bakteriyel antijenleri doğru bir şekilde tespit ettiğini gösterdi. Birkaç saat sonra, tüm örneklerdeki hem “C” hem de “E” kırmızıya dönerek filetonun bozulduğunu gösterdi.

Araştırmacılar ayrıca, yeni sensörlerinin yalnızca yiyeceklerin yüzeyindeki patojenleri tespit eden mevcut sensörlerden daha hızlı kirlenme ve bozulma gösterdiğini keşfettiler.

Ekip halen, mikroiğnelerin sıvı emilimini ve ayrıca biomürekkeplerin kontaminantları algılamasını hızlandırmanın yollarını arıyor. Tasarım optimize edildikten sonra, ürünleri sevk edilmeden önce izlenebilmesinden tüketicilere kadar tedarik zinciri boyunca çeşitli aşamalarda kullanılabileceğini öngörüyorlar. Güvenli olduklarından emin olmak için belirli yiyecekler üzerinde halen testler devam ediyor.



Kaynak:

ScienceDaily.com
NewFoodMagazine.com

Dergi Referansı

Doyoon Kim, Yunteng Cao, Dhanushkodi Mariappan, Michael S. Bono Jr., A. John Hart, Benedetto Marelli. A Microneedle Technology for Sampling and Sensing Bacteria in the Food Supply ChainAdvanced Functional Materials, 2020 DOI: 10.1002/adfm.202005370