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- 科學(xué)家研發(fā)出可檢測有害細菌和化學(xué)物質(zhì)的食品傳感器
- 來源：米里亞姆・福齊婭 發(fā)表于 2025/7/18
圖片來源：Unsplash/CC0 公共領(lǐng)域
得克薩斯大學(xué)達拉斯分校的研究人員研發(fā)出一種便攜式食品安全設(shè)備，他們希望未來該設(shè)備能應(yīng)用于食品行業(yè)的各個環(huán)節(jié) —— 從加工工廠到家庭廚房。
這種設(shè)備名為 READ FWDx，是 “快速電分析診斷食品水質(zhì)檢測” 的縮寫。作為一款概念驗證設(shè)備，它旨在檢測大腸桿菌、李斯特菌、沙門氏菌等有害食源性細菌，還能檢測百草枯二氯化物、草甘膦等常見除草劑以及抗生素等化學(xué)物質(zhì)。
“我們有很多能測量身體各項指標的 gadgets，比如心率、血壓和血糖，” 得克薩斯大學(xué)達拉斯分校生物工程與生物醫(yī)學(xué)工程教授沙利尼・普拉薩德說。她聯(lián)合創(chuàng)辦了 EnLiSense 公司，旨在將這款設(shè)備以及她的實驗室研發(fā)的其他傳感器技術(shù)商業(yè)化，“但在食品方面，我們有什么呢？”
這項研究開展之際，食品召回事件正呈上升趨勢。據(jù)一些估算，2020 至 2024 年間，食品召回數(shù)量增加了 15%。今年 2 月發(fā)布的另一份報告顯示，美國食品藥品監(jiān)督管理局在 2024 年共發(fā)布了 241 起食品和飲料召回及警示通知，較 2023 年增長 8%。過去幾個月，得克薩斯州受影響的召回食品包括黃瓜、牛肉餡、金針菇以及其他多種食品。
明尼蘇達大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境健康科學(xué)教授梅蘭妮・費爾斯通并未參與 READ FWDx 的研發(fā)工作，她表示，食品召回的原因有很多。有些召回與李斯特菌、沙門氏菌等細菌引發(fā)的疫情有關(guān)，還有些則是因為產(chǎn)品貼錯標簽、標識有誤，或者存在未申報的過敏原。
費爾斯通說：“每當食品體系出現(xiàn)問題，都是一個契機，要么能讓我們發(fā)現(xiàn)那些可能未知或此前未被識別的危害，也能讓我們開始了解問題的根源，并采取更有效的預(yù)防措施�！�
佐治亞大學(xué)食品安全中心主任弗朗西斯科・迪埃斯 - 岡薩雷斯也未參與 READ FWDx 的研發(fā)，他認為，近期召回事件增多，更多是由于可追溯性和食品安全技術(shù)的進步，而非相關(guān)措施的倒退。
讓食品安全檢測走向便攜
用于監(jiān)測食品污染物的技術(shù)已有數(shù)十年歷史。傳統(tǒng)方法包括高效液相色譜法（一種超強過濾器，能將混合物中的成分逐個分子分離）、質(zhì)譜法（一種根據(jù)分子獨特特征對其進行稱重和識別的工具）以及酶聯(lián)免疫吸附測定法（簡稱 ELISA，利用抗體鎖定并測量特定物質(zhì)）。
EnLiSense 公司的聯(lián)合創(chuàng)始人斯里拉姆・穆圖庫馬爾與普拉薩德是夫妻，他參與了這款新型食品安全設(shè)備的研發(fā)工作。他表示，這些傳統(tǒng)方法需要專門且昂貴的實驗室設(shè)備，而且并不便攜。
普拉薩德指出，另一個挑戰(zhàn)與時間和效率有關(guān)。因為檢測病毒、細菌等生物物質(zhì)所需的技術(shù)，與檢測除草劑等化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)不同，所以無法同時對兩者進行檢測。
近年來，對高效、精確且便攜的檢測設(shè)備的需求，催生了一個新興的傳感器領(lǐng)域。這些傳感器能夠替代傳統(tǒng)的分析技術(shù)，并提供易于讀取的可檢測信號。電化學(xué)傳感技術(shù)就是其中一種正在測試用于食品污染檢測的技術(shù)。EnLiSense 公司的 READ FWDx 尤其采用了一種名為自適應(yīng)電化學(xué)阻抗譜的技術(shù)。
普拉薩德解釋說，當把樣本（無論是清洗市售胡蘿卜的水滴，還是碎肉的汁液）放在傳感器上時，傳感器會掃描樣本的所有層面以尋找污染物。任何特定污染物的含量都會決定其總電荷和介電特性（即導(dǎo)電能力）。
普拉薩德說：“高濃度污染物與低濃度或微量污染物相比，電荷和介電特性都不同。你可以像調(diào)收音機一樣調(diào)節(jié)傳感器…… 這意味著你不是在測量一種、兩種或三種樣本類型，而是在同一個平臺上測量多種不同類型的物質(zhì)�！�
該設(shè)備讀取的芯片由 16 個傳感器組成，每個傳感器都能檢測多種污染物（設(shè)備本身能在 7 分鐘內(nèi)得出結(jié)果）。檢測哪些污染物是根據(jù)美國疾病控制與預(yù)防中心的最新數(shù)據(jù)來確定的。
“從某種意義上說，這類似于即插即用。我們有一個生物檢測面板，比如沙門氏菌或大腸桿菌檢測面板，可針對某一樣本進行定制，” 曾是普拉薩德實驗室研究生、現(xiàn)任 EnLiSense 公司系統(tǒng)工程與運營總監(jiān)的維克拉姆・納拉亞南・達姆說。
他補充道，這種芯片的可定制性使得傳感器可以輕松更換，以檢測真菌、病毒等污染物，或者抗生素、農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)。
普拉薩德的實驗室已發(fā)表多篇論文，證實了 READ FWDx 的性能和精確度。
2024 年 6 月發(fā)表在《生物傳感器》期刊上的一項研究表明，這款便攜式設(shè)備能在 5 分鐘內(nèi)檢測出大腸桿菌 O157:H7 等致病性菌株并對其進行定量分析。
同樣發(fā)表在《生物傳感器》期刊上的一項 5 月研究發(fā)現(xiàn)，READ FWDx 能檢測出玉米赤霉烯酮 —— 一種存在于發(fā)霉的玉米、小麥、大麥等谷物中的真菌毒素。這種污染物不僅對谷物類食品的安全構(gòu)成威脅，還會危害牲畜的健康。
今年 4 月發(fā)表的另一項研究中，普拉薩德及其同事還展示了該設(shè)備的傳感器能夠同時檢測兩種污染物 —— 玉米赤霉烯酮和黃曲霉毒素 B1（黃曲霉產(chǎn)生的一種真菌毒素，已知會導(dǎo)致動物患癌）。
推動變革的動力
普拉薩德和 EnLiSense 團隊希望未來 READ FWDx 能面向普通消費者。如果這款便攜式設(shè)備真的面向公眾推出，那么每個芯片都是一次性的，保質(zhì)期長達一年，可在室溫下儲存（普拉薩德表示，一年后芯片可能仍能使用，但靈敏度會有所下降）。
他們最終的目標是讓制造商、商業(yè)實驗室或食品連鎖店對 READ FWDx 產(chǎn)生興趣，將其用作床旁檢測工具，即在現(xiàn)場進行檢測，尤其是在需要快速得出結(jié)果的情況下。
然而，佐治亞大學(xué)的迪埃斯 - 岡薩雷斯認為，在已經(jīng)實施食品安全協(xié)議的生產(chǎn)層面，像這樣的便攜式設(shè)備是否會促使企業(yè)更頻繁地進行批量檢測（即只對大量產(chǎn)品中的小樣本進行檢測），還是一個未知數(shù)。
迪埃斯 - 岡薩雷斯說：“大多數(shù)（質(zhì)量控制）檢測都是基于樣本進行的。對于某一批次的產(chǎn)品來說，這些樣本不一定具有成比例的代表性…… 到目前為止，我們還沒有任何技術(shù)能夠真正篩查每一件食品�！�
普拉薩德樂觀地認為，READ FWDx 能夠快速、準確地得出結(jié)果，這將鼓勵制造商進行更多的質(zhì)量控制篩查。
普拉薩德說：“READ FWDx 的愿景是增加即時批量檢測的數(shù)量，因為它變得容易獲取且價格實惠。制造商普遍認為，這是一種穩(wěn)定且可擴展的策略，能夠準確識別食品污染，減少產(chǎn)品損失和暴露風(fēng)險�！�
制造商是否會采用這款設(shè)備，普通購物者是否會在家中篩查所購食品，還有待觀察。但鑒于食源性疾病和食品污染仍是持續(xù)存在的威脅，像 READ FWDx 這樣的工具讓我們看到了科學(xué)家們在確保食品可安全食用方面所取得的進展。
2025 年《達拉斯晨報》。由論壇內(nèi)容 agency，LLC 發(fā)行。
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