科学家研发出可检测有害细菌和化学物质的食品传感器

图片来源：Unsplash/CC0 公共领域

得克萨斯大学达拉斯分校的研究人员研发出一种便携式食品安全设备，他们希望未来该设备能应用于食品行业的各个环节 —— 从加工工厂到家庭厨房。

这种设备名为 READ FWDx，是 “快速电分析诊断食品水质检测” 的缩写。作为一款概念验证设备，它旨在检测大肠杆菌、李斯特菌、沙门氏菌等有害食源性细菌，还能检测百草枯二氯化物、草甘膦等常见除草剂以及抗生素等化学物质。

“我们有很多能测量身体各项指标的 gadgets，比如心率、血压和血糖，” 得克萨斯大学达拉斯分校生物工程与生物医学工程教授沙利尼・普拉萨德说。她联合创办了 EnLiSense 公司，旨在将这款设备以及她的实验室研发的其他传感器技术商业化，“但在食品方面，我们有什么呢？”

这项研究开展之际，食品召回事件正呈上升趋势。据一些估算，2020 至 2024 年间，食品召回数量增加了 15%。今年 2 月发布的另一份报告显示，美国食品药品监督管理局在 2024 年共发布了 241 起食品和饮料召回及警示通知，较 2023 年增长 8%。过去几个月，得克萨斯州受影响的召回食品包括黄瓜、牛肉馅、金针菇以及其他多种食品。

明尼苏达大学公共卫生学院环境健康科学教授梅兰妮・费尔斯通并未参与 READ FWDx 的研发工作，她表示，食品召回的原因有很多。有些召回与李斯特菌、沙门氏菌等细菌引发的疫情有关，还有些则是因为产品贴错标签、标识有误，或者存在未申报的过敏原。

费尔斯通说：“每当食品体系出现问题，都是一个契机，要么能让我们发现那些可能未知或此前未被识别的危害，也能让我们开始了解问题的根源，并采取更有效的预防措施。”

佐治亚大学食品安全中心主任弗朗西斯科・迪埃斯 - 冈萨雷斯也未参与 READ FWDx 的研发，他认为，近期召回事件增多，更多是由于可追溯性和食品安全技术的进步，而非相关措施的倒退。

让食品安全检测走向便携

用于监测食品污染物的技术已有数十年历史。传统方法包括高效液相色谱法（一种超强过滤器，能将混合物中的成分逐个分子分离）、质谱法（一种根据分子独特特征对其进行称重和识别的工具）以及酶联免疫吸附测定法（简称 ELISA，利用抗体锁定并测量特定物质）。

EnLiSense 公司的联合创始人斯里拉姆・穆图库马尔与普拉萨德是夫妻，他参与了这款新型食品安全设备的研发工作。他表示，这些传统方法需要专门且昂贵的实验室设备，而且并不便携。

普拉萨德指出，另一个挑战与时间和效率有关。因为检测病毒、细菌等生物物质所需的技术，与检测除草剂等化学物质的技术不同，所以无法同时对两者进行检测。

近年来，对高效、精确且便携的检测设备的需求，催生了一个新兴的传感器领域。这些传感器能够替代传统的分析技术，并提供易于读取的可检测信号。电化学传感技术就是其中一种正在测试用于食品污染检测的技术。EnLiSense 公司的 READ FWDx 尤其采用了一种名为自适应电化学阻抗谱的技术。

普拉萨德解释说，当把样本（无论是清洗市售胡萝卜的水滴，还是碎肉的汁液）放在传感器上时，传感器会扫描样本的所有层面以寻找污染物。任何特定污染物的含量都会决定其总电荷和介电特性（即导电能力）。

普拉萨德说：“高浓度污染物与低浓度或微量污染物相比，电荷和介电特性都不同。你可以像调收音机一样调节传感器…… 这意味着你不是在测量一种、两种或三种样本类型，而是在同一个平台上测量多种不同类型的物质。”

该设备读取的芯片由 16 个传感器组成，每个传感器都能检测多种污染物（设备本身能在 7 分钟内得出结果）。检测哪些污染物是根据美国疾病控制与预防中心的最新数据来确定的。

“从某种意义上说，这类似于即插即用。我们有一个生物检测面板，比如沙门氏菌或大肠杆菌检测面板，可针对某一样本进行定制，” 曾是普拉萨德实验室研究生、现任 EnLiSense 公司系统工程与运营总监的维克拉姆・纳拉亚南・达姆说。

他补充道，这种芯片的可定制性使得传感器可以轻松更换，以检测真菌、病毒等污染物，或者抗生素、农药等化学物质。

普拉萨德的实验室已发表多篇论文，证实了 READ FWDx 的性能和精确度。

2024 年 6 月发表在《生物传感器》期刊上的一项研究表明，这款便携式设备能在 5 分钟内检测出大肠杆菌 O157:H7 等致病性菌株并对其进行定量分析。

同样发表在《生物传感器》期刊上的一项 5 月研究发现，READ FWDx 能检测出玉米赤霉烯酮 —— 一种存在于发霉的玉米、小麦、大麦等谷物中的真菌毒素。这种污染物不仅对谷物类食品的安全构成威胁，还会危害牲畜的健康。

今年 4 月发表的另一项研究中，普拉萨德及其同事还展示了该设备的传感器能够同时检测两种污染物 —— 玉米赤霉烯酮和黄曲霉毒素 B1（黄曲霉产生的一种真菌毒素，已知会导致动物患癌）。

推动变革的动力

普拉萨德和 EnLiSense 团队希望未来 READ FWDx 能面向普通消费者。如果这款便携式设备真的面向公众推出，那么每个芯片都是一次性的，保质期长达一年，可在室温下储存（普拉萨德表示，一年后芯片可能仍能使用，但灵敏度会有所下降）。

他们最终的目标是让制造商、商业实验室或食品连锁店对 READ FWDx 产生兴趣，将其用作床旁检测工具，即在现场进行检测，尤其是在需要快速得出结果的情况下。

然而，佐治亚大学的迪埃斯 - 冈萨雷斯认为，在已经实施食品安全协议的生产层面，像这样的便携式设备是否会促使企业更频繁地进行批量检测（即只对大量产品中的小样本进行检测），还是一个未知数。

迪埃斯 - 冈萨雷斯说：“大多数（质量控制）检测都是基于样本进行的。对于某一批次的产品来说，这些样本不一定具有成比例的代表性…… 到目前为止，我们还没有任何技术能够真正筛查每一件食品。”

普拉萨德乐观地认为，READ FWDx 能够快速、准确地得出结果，这将鼓励制造商进行更多的质量控制筛查。

普拉萨德说：“READ FWDx 的愿景是增加即时批量检测的数量，因为它变得容易获取且价格实惠。制造商普遍认为，这是一种稳定且可扩展的策略，能够准确识别食品污染，减少产品损失和暴露风险。”

制造商是否会采用这款设备，普通购物者是否会在家中筛查所购食品，还有待观察。但鉴于食源性疾病和食品污染仍是持续存在的威胁，像 READ FWDx 这样的工具让我们看到了科学家们在确保食品可安全食用方面所取得的进展。

2025 年《达拉斯晨报》。由论坛内容 agency，LLC 发行。

若本文收录的图片文字侵犯了您的权益，请邮件联系我们，我们将在24小时内予以删除。