在美國，食源性致病大腸桿菌 O157估計每年導致7.3萬人患病，60人死亡。麻省理工學院的研究人員提出了一種可能的新解決方案，他們認為，更好的安全測試可能有助于避免這種大腸桿菌菌株和其他有害細菌引起的一些疾病。

新的 MIT 測試是基于一種能與細菌蛋白質結合的新型液滴。這種交互作用可以通過肉眼或智能手機檢測到，它可以為現有的食品安全測試提供一種更快、更便宜的替代方法。

“這是一種全新的感知方式,”麻省理工學院化學約翰·D·麥克阿瑟教授、該研究的資深作者蒂莫西 · 斯威格(Timothy Swager)說。“我們現在擁有的是一種可以大幅降低成本、降低進入成本的產品。”

麻省理工學院研究生張是這篇發表在美國化學學會中央科學雜志上的論文的主要作者。其他作者包括麻省理工學院博士后 Suchol Savagatrup、德國馬克斯 · 普朗克膠體與界面研究所所長 Peter Seeberger 和馬克斯 · 普朗克研究所研究生 Paulina Kaplonek。

檢測細菌

兩年前，斯威格的實驗室發明了一種方法，可以輕松制造出包括兩面神乳液在內的復雜液滴。這些 Janus 液滴由兩個大小相等的半球組成，一個由氟碳組成，另一個由碳氫化合物組成。碳氟化合物比碳氫化合物密度大，所以當液滴落在表面時，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，因為它們獨特的光學特性。在自然狀態下，從上面觀察兩面神的液滴是透明的，但是從側面觀察，它們看起來是不透明的，因為光線穿過液滴時會發生彎曲。

為了將液滴轉化為傳感器，研究人員設計了一種含有甘露糖的表面活性劑分子，在構成液滴表面上半部分的碳氫化合物-水界面自組裝。這些分子可以與一種叫做凝集素的蛋白質結合，這種蛋白質存在于某些大腸桿菌菌株的表面。當大腸桿菌存在時，液滴附著在蛋白質上并聚集在一起。這會使粒子失去平衡，因此擊中它們的光線會向許多方向散射，從上面觀察時，液滴會變得不透明。

“我們使用的是這些病原體使用的自然分子識別技術。它們通過這些弱的碳水化合物-凝集素結合方案相互識別。”斯威格說。“我們利用液滴的多價性來增加結合親和力，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的，研究人員將它們放置在一個二維碼上方的培養皿中，這個二維碼可以用智能手機掃描。當大腸桿菌出現時，液滴聚集在一起，無法讀取二維碼。

西北大學化學教授兼國際納米技術研究所所長查德 · 米爾金將這種粒子描述為“一種強大的新型檢測方法。”

沒有參與這項研究的米爾金說: “它們非常簡單，但是依靠巧妙的新方法來制造和操縱乳劑。”。在檢測食源性病原體方面，這種概念驗證的證明是令人信服的，因為它們構成了一類主要的分析物，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通常包括將食品樣品放在培養皿中，以檢查是否有害細菌菌落形成，但這個過程需要兩到三天。基于細菌 DNA 擴增或抗體-細菌相互作用的更快速的技術是昂貴的，需要特殊的儀器。

麻省理工學院的研究小組希望將其新技術應用到小井陣列中，每個井中都含有定制的液滴，用于檢測不同的病原體，并與不同的二維碼相連接。這可以使得只用一部智能手機就能夠快速、廉價地檢測污染物。

“我們的設備的最大優點是你不需要專門的儀器和技術培訓就可以做到這一點,”張。“這可以讓工廠的工人在運輸食品之前，對食品進行掃描和測試，以確保食品的安全。”

研究人員現在正在優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。他們還計劃用更復雜的糖制造可以結合不同細菌蛋白質的液滴。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合的糖，但是他們希望他們可以使傳感器適應其他大腸桿菌菌株和其他有害細菌。

Savagatrup 說: “你可以想象，根據我們在細菌上放的糖，制造出真正有選擇性的液滴來捕捉不同的細菌。”。

研究人員還在努力提高傳感器的靈敏度，他們相信，目前的技術與現有技術相似，但具有更大的潛力。他們希望在未來一年半內成立一家公司將這項技術商業化。