Los estándares de seguridad alimentaria y calidad alimentaria nunca han sido más altos en Alemania y en toda la Unión Europea. Esto es especialmente cierto en la industria láctea. Sin embargo, a pesar de estándares tan altos, rastros de impurezas, los pesticidas y los antibióticos pueden llegar a la leche, con consecuencias a veces graves para la salud de los consumidores. En el proyecto financiado con fondos europeos MOLOKO, Los investigadores de Fraunhofer se han asociado con socios para desarrollar un nuevo sensor optoplasmónico diseñado para proporcionar análisis in situ de los parámetros de seguridad y calidad de la leche. Este sistema de alerta temprana traerá a la industria ahorros sustanciales en tiempo y dinero, así como una reducción drástica en el producto desperdiciado. contribuyendo así a mejorar el rendimiento a lo largo de toda la cadena de suministro.

La seguridad alimentaria es un factor crítico en la industria alimentaria, sobre todo en el sector lácteo. Aquí, Las infecciones de la ubre pueden provocar la entrada de organismos nocivos en la leche. y sustancias químicas como antibióticos o plaguicidas pueden contaminar el producto a través de forrajes o como resultado de un control inadecuado de los equipos y las instalaciones de almacenamiento. Para evitar que la leche adulterada entre en la cadena alimentaria, Los controles se realizan a lo largo de todo el proceso de producción y la cadena de suministro. Sin embargo, estas pruebas estándar son caras y requieren mucho tiempo. Se toman muestras de camiones cisterna de leche que contienen una mezcla de producto recolectado de cualquier número de granjas lecheras y luego se analizan en el laboratorio. Si la leche está contaminada, toda la carga debe ser destruida, con grandes pérdidas para todos los agricultores y lecherías involucradas. Si hubiera una prueba con la que los granjeros pudieran verificar su propia leche antes de que sea recolectada por el camión cisterna, tal desperdicio podría evitarse.

El control de calidad ofrece resultados en cinco minutos

En el proyecto MOLOKO (Sensor phOtonic multiplex para la detección en línea de contaminantes en la leche basada en plasmónicos), 12 socios de siete países, incluida una lechería, han diseñado una prueba rápida y económica para identificar los factores de calidad en la leche. En una prueba que dura alrededor de cinco minutos, un nuevo sensor optoplasmónico analiza el producto para un total de seis sustancias, proporcionando así un control adicional y un sistema de alerta temprana dentro de la cadena de suministro, mucho antes de que se bombee la leche al camión cisterna. El sensor está funcionalizado con receptores para anticuerpos específicos que sirven como indicadores de varios parámetros de calidad y seguridad de la leche. De este modo, permite a las granjas lecheras realizar procesos automatizados, análisis cuantitativos in situ.

Arquitectura de sensor integrada única

Todo el sistema consta de un chip microfluídico reutilizable, transistores orgánicos emisores de luz (OLET) o diodos (OLED), un sensor que comprende fotodetectores orgánicos (OPD), una rejilla plasmónica nanoestructurada y los anticuerpos específicos. El fotodetector orgánico se está desarrollando en el Instituto Fraunhofer de Electrónica Orgánica, Tecnología de haz de electrones y plasma FEP, y el chip de microfluidos del Instituto Fraunhofer de Nano Sistemas Electrónicos ENAS. El OLET, mientras tanto, está siendo desarrollado por CNR-ISMN en Bolonia, y la rejilla fotónica de la empresa Plasmore Srl en Pavía, ambos en Italia. El coordinador del proyecto es CNR-ISMN.

"Lo único de nuestro chip es que se puede reutilizar, "explica Andreas Morschhauser, investigador en Fraunhofer ENAS. "Las moléculas diana se extraen de los anticuerpos inmovilizados mediante un tampón de regeneración. Esto significa que los anticuerpos se pueden reutilizar para más pruebas". De hecho, la vida útil estimada del chip es de 100 ciclos de prueba. En cada prueba, Se miden un total de seis parámetros relacionados con contaminantes y proteínas. Para este propósito, Morschhauser y sus colegas han desarrollado un sistema microfluídico en forma de sistema automatizado Cartucho miniaturizado que es reemplazable. Además de proporcionar información sobre la seguridad y la calidad de la leche, Los parámetros medidos también informan a los agricultores sobre la salud y el estado de cada vaca. Esto les ayuda a detectar infecciones en una etapa temprana y comenzar el tratamiento de inmediato. El tratamiento oportuno puede conducir a una administración más sensata de antibióticos y, por lo tanto, a una reducción de su uso.

Una rejilla nanoestructurada para resonancia de plasmones de superficie

Pero, ¿cómo funciona la prueba? Dr. Michael Törker, investigador de Fraunhofer FEP, explica:"La luz emitida por el transistor cae sobre una rejilla cubierta con anticuerpos específicos para las diversas sustancias que se están probando. Cuando la leche se vierte sobre la rejilla, cualquier molécula diana en la leche se une a los anticuerpos. Esto altera el índice de refracción en las inmediaciones de la rejilla, lo que a su vez modifica la forma en que se refleja esta luz. La luz reflejada es registrada por el fotodetector, que mide cambios mínimos en el índice de refracción ". Este fenómeno básico, que ocurre en nano-rejillas especialmente estructuradas, se conoce como resonancia de plasmón superficial. Proporciona lecturas rápidas y muy sensibles.

El objetivo es utilizar este biosensor en varios puntos a lo largo de la cadena de valor, tanto como dispositivo de laboratorio como instalado directamente en el equipo lácteo. Es más, también será adecuado para probar la calidad de líquidos distintos de la leche, como cerveza o agua. El único ajuste requerido es una modificación de las moléculas de captura inmovilizadas y del tampón de reacción requerido. Esto implicaría simplemente reemplazar las moléculas de captura por otras adecuadamente modificadas para el propósito en cuestión.