快速測試以確保高品質(zhì)的牛奶

在德國和整個歐盟，食品安全和食品質(zhì)量的標準從未如此高。在乳制品行業(yè)尤其如此。盡管標準很高，但微量的雜質(zhì)，農(nóng)藥和抗生素仍會進入牛奶中，有時對消費者的健康造成嚴重后果。在歐盟資助的MOLOKO項目中，弗勞恩霍夫研究人員與合作伙伴合作開發(fā)了一種新型光等離子體傳感器，旨在對牛奶的安全性和質(zhì)量參數(shù)進行快速，現(xiàn)場分析。這種預警系統(tǒng)將為業(yè)界節(jié)省大量時間和金錢，并大大減少浪費的產(chǎn)品，從而有助于改善整個供應鏈的績效。

食品安全是食品工業(yè)中的關(guān)鍵因素，尤其是在乳品行業(yè)。在這里，乳房感染會導致有害生物進入牛奶和化學物質(zhì)諸如抗生素或殺蟲劑之類的物質(zhì)可能通過飼料或由于對設(shè)備和存儲設(shè)施的控制不足而污染產(chǎn)品。為了防止摻假牛奶進入食物鏈，在整個生產(chǎn)過程和供應鏈中都要進行檢查。然而，這些標準測試既昂貴又費時。從牛奶罐中抽取樣品，其中包含從任何數(shù)量的奶牛場收集的產(chǎn)品混合物，然后在實驗室中進行分析。如果牛奶被證明受到污染，則必須銷毀全部負載，對所有有關(guān)的奶農(nóng)和奶牛場造成巨大損失。如果有一項測試，讓農(nóng)民可以在罐車收集牛奶之前檢查自己的牛奶，就可以避免這種浪費。

質(zhì)量檢查可在五分鐘內(nèi)提供結(jié)果

在MOLOKO(用于基于pLasmonic的牛奶中污染物在線檢測的復合聲光傳感器)項目中，來自七個國家(包括一個乳制品)的12個合作伙伴設(shè)計了一種快速而廉價的測試方法，用于識別牛奶中的質(zhì)量因子。在持續(xù)約五分鐘的測試中，一個新的光電等離子體傳感器分析了產(chǎn)品中總共六種物質(zhì)，從而在牛奶被泵入罐車之前，對供應鏈內(nèi)的產(chǎn)品進行了補充檢查和預警系統(tǒng)。該傳感器通過特定抗體的受體功能化，該受體可作為牛奶各種質(zhì)量和安全參數(shù)的指標。因此，它使奶牛場可以進行自動化的現(xiàn)場定量分析。

獨特的集成傳感器架構(gòu)

整個系統(tǒng)由可重復使用的微流體芯片，有機發(fā)光晶體管(OLET)或二極管(OLED)，包含有機光電探測器(OPD)的傳感器，納米結(jié)構(gòu)的等離激元光柵和特異抗體組成。有機光電探測器正在弗勞恩霍夫有機電子研究所，電子束和等離子技術(shù)FEP以及弗勞恩霍夫電子納米系統(tǒng)ENAS的微流體芯片中進行開發(fā)。同時，OLET由博洛尼亞的CNR-ISMN和意大利Pavia的Plasmore Srl公司開發(fā)。該項目的協(xié)調(diào)員是CNR-ISMN。

Fraunhofer ENAS研究員Andreas Morschhauser解釋說：“我們芯片的獨特之處在于它可以重復使用。” “目標分子通過再生緩沖液從固定的抗體上剝離。這意味著抗體可以重復用于進一步的測試。” 實際上，芯片的估計壽命為100個測試周期。在每個測試中，總共測量了六個與污染物和蛋白質(zhì)有關(guān)的參數(shù)。為此，Morschhauser和他的同事們開發(fā)了一種微型，自動化的，可更換的藥筒形式的微流體系統(tǒng)。除了提供有關(guān)牛奶安全性和質(zhì)量的信息外，測得的參數(shù)還可以告訴農(nóng)民每頭母牛的健康狀況。這有助于他們在早期發(fā)現(xiàn)感染并立即開始治療。

用于表面等離子體共振的納米結(jié)構(gòu)光柵

但是測試如何進行?Fraunhofer FEP的研究人員MichaelTörker博士解釋說：“晶體管發(fā)出的光落到光柵上，光柵上涂有對要測試的各種物質(zhì)具有特異性的抗體。當牛奶沖過光柵時，牛奶中的任何目標分子就會與抗體結(jié)合。這會改變光柵附近的折射率，進而改變該光的反射方式。反射光由光電探測器記錄下來，從而檢測到折射率的最小變化。” 這種在特殊結(jié)構(gòu)的納米光柵上發(fā)生的基本現(xiàn)象被稱為表面等離子體共振。它提供快速且高度敏感的讀數(shù)。

目的是在價值鏈的各個點上使用這種生物傳感器-既作為實驗室設(shè)備，又直接安裝在乳制品設(shè)備中。而且，它也適用于測試除牛奶以外的其他液體的質(zhì)量，例如啤酒或水。唯一需要的調(diào)節(jié)是對固定的捕獲分子和必需的反應緩沖液的修飾。這僅涉及將捕獲分子替換為針對所述目的進行了適當修飾的捕獲分子。