通緝。 單核細胞增生李斯特菌、沙門氏菌、空腸彎曲菌 和 大腸桿菌，從左至右，是導致食物中毒的 12 種病原體中的一部分，佐治亞理工學院的新型生物感測器可以在兩小時甚至更短時間內檢測到它們。
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在美國，食源性疾病當然不如世界許多地區那麼普遍，但絕非罕見。上個月，紐約州的一次集市上，至少有 159 人感染了 大腸桿菌，而疾病控制中心最近的一份報告估計，每年受汙染的食物會導致 325,000 人住院、5,000 人死亡以及 7600 萬多人胃部不適。 好訊息是，科學家們正在設計更快、更便宜的方法來檢測導致此類感染的生物體。 電化學感測器正在研發中，而基於聚合酶鏈反應 (PCR) 的感測器雖然耗時，但已被證明極其靈敏。
佐治亞州的研究人員為這一武器庫增添了一種新武器：他們的生物感測器於 9 月 28 日釋出，它利用光學、免疫測定和其他化學測試，在不到兩小時內檢測出驚人少量 12 種不同細菌。
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圖片來源：佐治亞理工學院
武器。 該生物感測器依靠光學、免疫測定和其他化學測試來檢測細菌病原體。 |
這款感測器由佐治亞理工學院生物學教授保羅·埃德蒙茲、佐治亞理工學院研究所光電子技術分部的奈爾·哈特曼和佐治亞大學食品安全與質量提升中心的羅伯特·E·布拉凱特歷時四年多開發而成，計劃於 11 月在位於亞特蘭大的食品加工公司 Gold Kist 開始現場測試。“我們將拆分一個樣本，分別使用這兩種技術[生物感測器和公司標準實驗室測試]進行測試，”哈特曼解釋說。“對於我們進行的每 1,000 次測試，我們將尋找兩種方法結果之間的差異。”
生物感測器有望比細菌病原體的標準檢測具有多項優勢，州和聯邦監管機構對 大腸桿菌 和 沙門氏菌 有標準檢測要求，但濃度沒有標準。也許最重要的是，它產生結果所需的時間更少。 目前的實驗室程式可能需要長達 72 小時——這種延誤迫使公司將肉類在倉庫中存放更長時間，從而增加了肉類首先被汙染的可能性。“生物感測器將有助於食品加工廠的整體質量控制，”埃德蒙茲指出。 此外，生物感測器的成本約為 1,000 美元至 5,000 美元，低於必要的實驗室裝置，後者估計為 12,000 美元至 20,000 美元。 而且它的靈敏度高出 1,000 倍，每毫升食物可檢測到少至 500 個細菌細胞。
圖片來源：佐治亞理工學院
偵探。 生物感測器的開發者之一保羅·埃德蒙茲（右）演示了它的功能。 |
儘管該裝置可以識別 12 種細菌，但在現場測試期間，研究人員專注於最常出現在肉類中的六種細菌：沙門氏菌、單核細胞增生李斯特菌、小腸結腸炎耶爾森菌、大腸桿菌 0157:H7、普通大腸桿菌 和 空腸彎曲菌，後者現在是食物中毒最常見的原因。 為了找到這些生物體，該感測器使用了哈特曼和佐治亞理工學院研究公司獲得專利的整合光學干涉感測器技術。 它的波導與抗體結合，抗體可以識別稱為抗原的蛋白質，抗原對於不同的細菌是不同的。 當細菌抗原與脲酶結合時，與抗原反應並新增尿素時，會產生氨氣； 氣體反過來會改變感測器的光學特性和透射雷射，從而指示病原體的濃度。
埃德蒙茲說：“如果使用生物感測器發現病原體，那麼食品加工商可以更快地做出關於應用防腐劑等處理方法的決策。” “或者他們可能會將這些產品轉移到烹飪操作中，這將殺死病原體。 而且公司可以修改他們的衛生計劃。”
不過，在將生物感測器商業化之前，研究人員計劃進行一些認真的微調。 首先，他們希望將檢測器的靈敏度提高到每毫升 100 個細胞，這一水平可與其他正在開發中的裝置相媲美。 而且他們希望擴大感測器的範圍，使其超出肉類病原體，覆蓋家禽、海鮮和乳製品中的病原體。“此外，我們還希望利用生物感測器來解決其他食品安全問題，例如與殺蟲劑、農藥和生長激素相關的問題，”哈特曼補充道。 如果他們能讓它烤麵包就好了。