在美國(guó)，食源性致病大腸桿菌 O157估計(jì)每年導(dǎo)致7.3萬(wàn)人患病，60人死亡。麻省理工學(xué)院的研究人員提出了一種可能的新解決方案，他們認(rèn)為，更好的安全測(cè)試可能有助于避免這種大腸桿菌菌株和其他有害細(xì)菌引起的一些疾病。
新的 MIT 測(cè)試是基于一種能與細(xì)菌蛋白質(zhì)結(jié)合的新型液滴。這種交互作用可以通過(guò)肉眼或智能手機(jī)檢測(cè)到，它可以為現(xiàn)有的食品安全測(cè)試提供一種更快、更便宜的替代方法。
“這是一種全新的感知方式,”麻省理工學(xué)院化學(xué)約翰·D·麥克阿瑟教授、該研究的資深作者蒂莫西 · 斯威格(Timothy Swager)說(shuō)。“我們現(xiàn)在擁有的是一種可以大幅降低成本、降低進(jìn)入成本的產(chǎn)品。”
麻省理工學(xué)院研究生張是這篇發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)中央科學(xué)雜志上的論文的主要作者。其他作者包括麻省理工學(xué)院博士后 Suchol Savagatrup、德國(guó)馬克斯 · 普朗克膠體與界面研究所所長(zhǎng) Peter Seeberger 和馬克斯 · 普朗克研究所研究生 Paulina Kaplonek。
檢測(cè)細(xì)菌
兩年前，斯威格的實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了一種方法，可以輕松制造出包括兩面神乳液在內(nèi)的復(fù)雜液滴。這些 Janus 液滴由兩個(gè)大小相等的半球組成，一個(gè)由氟碳組成，另一個(gè)由碳?xì)浠衔锝M成。碳氟化合物比碳?xì)浠衔锩芏却螅援?dāng)液滴落在表面時(shí)，碳氟化合物的一半總是在底部。
研究人員決定探索使用這些液滴作為傳感器，因?yàn)樗鼈儶?dú)特的光學(xué)特性。在自然狀態(tài)下，從上面觀察兩面神的液滴是透明的，但是從側(cè)面觀察，它們看起來(lái)是不透明的，因?yàn)楣饩€穿過(guò)液滴時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲。
為了將液滴轉(zhuǎn)化為傳感器，研究人員設(shè)計(jì)了一種含有甘露糖的表面活性劑分子，在構(gòu)成液滴表面上半部分的碳?xì)浠衔?水界面自組裝。這些分子可以與一種叫做凝集素的蛋白質(zhì)結(jié)合，這種蛋白質(zhì)存在于某些大腸桿菌菌株的表面。當(dāng)大腸桿菌存在時(shí)，液滴附著在蛋白質(zhì)上并聚集在一起。這會(huì)使粒子失去平衡，因此擊中它們的光線會(huì)向許多方向散射，從上面觀察時(shí)，液滴會(huì)變得不透明。
“我們使用的是這些病原體使用的自然分子識(shí)別技術(shù)。它們通過(guò)這些弱的碳水化合物-凝集素結(jié)合方案相互識(shí)別。”斯威格說(shuō)。“我們利用液滴的多價(jià)性來(lái)增加結(jié)合親和力，這與其他傳感器使用的方法有很大的不同。”
為了演示這些液滴是如何被用于感應(yīng)的，研究人員將它們放置在一個(gè)二維碼上方的培養(yǎng)皿中，這個(gè)二維碼可以用智能手機(jī)掃描。當(dāng)大腸桿菌出現(xiàn)時(shí)，液滴聚集在一起，無(wú)法讀取二維碼。
西北大學(xué)化學(xué)教授兼國(guó)際納米技術(shù)研究所所長(zhǎng)查德 · 米爾金將這種粒子描述為“一種強(qiáng)大的新型檢測(cè)方法。”
沒(méi)有參與這項(xiàng)研究的米爾金說(shuō): “它們非常簡(jiǎn)單，但是依靠巧妙的新方法來(lái)制造和操縱乳劑。”。在檢測(cè)食源性病原體方面，這種概念驗(yàn)證的證明是令人信服的，因?yàn)樗鼈儤?gòu)成了一類(lèi)主要的分析物，定義了生物傳感器界尚未滿足的需求
更快更便宜
目前的食品安全檢測(cè)通常包括將食品樣品放在培養(yǎng)皿中，以檢查是否有害細(xì)菌菌落形成，但這個(gè)過(guò)程需要兩到三天。基于細(xì)菌 DNA 擴(kuò)增或抗體-細(xì)菌相互作用的更快速的技術(shù)是昂貴的，需要特殊的儀器。
麻省理工學(xué)院的研究小組希望將其新技術(shù)應(yīng)用到小井陣列中，每個(gè)井中都含有定制的液滴，用于檢測(cè)不同的病原體，并與不同的二維碼相連接。這可以使得只用一部智能手機(jī)就能夠快速、廉價(jià)地檢測(cè)污染物。
“我們的設(shè)備的最大優(yōu)點(diǎn)是你不需要專(zhuān)門(mén)的儀器和技術(shù)培訓(xùn)就可以做到這一點(diǎn),”張。“這可以讓工廠的工人在運(yùn)輸食品之前，對(duì)食品進(jìn)行掃描和測(cè)試，以確保食品的安全。”
研究人員現(xiàn)在正在優(yōu)化食品樣品的制備工作，這樣就可以把它們和水滴一起放入水井中。他們還計(jì)劃用更復(fù)雜的糖制造可以結(jié)合不同細(xì)菌蛋白質(zhì)的液滴。在這篇論文中，研究人員使用了一種與非致病性大腸桿菌結(jié)合的糖，但是他們希望他們可以使傳感器適應(yīng)其他大腸桿菌菌株和其他有害細(xì)菌。
Savagatrup 說(shuō): “你可以想象，根據(jù)我們?cè)诩?xì)菌上放的糖，制造出真正有選擇性的液滴來(lái)捕捉不同的細(xì)菌。”。
研究人員還在努力提高傳感器的靈敏度，他們相信，目前的技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相似，但具有更大的潛力。他們希望在未來(lái)一年半內(nèi)成立一家公司將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。
