Los ingenieros del MIT han diseñado un sensor de alimentos tipo Velcro, hecho de una serie de microagujas de seda, que perfora los envases de plástico para tomar muestras de los alimentos en busca de signos de deterioro y contaminación bacteriana.

Las microagujas del sensor están moldeadas a partir de una solución de proteínas comestibles que se encuentran en los capullos de seda. y están diseñados para extraer líquido hacia la parte posterior del sensor, que se imprime con dos tipos de tinta especializada. Uno de estos "bioenlaces" cambia de color cuando entra en contacto con un fluido de un cierto rango de pH, indicando que la comida se ha echado a perder; el otro cambia de color cuando detecta bacterias contaminantes como la E. coli patógena.

Los investigadores conectaron el sensor a un filete de pescado crudo que habían inyectado con una solución contaminada con E. coli. Después de menos de un día, descubrieron que la parte del sensor que estaba impresa con biotinta de detección de bacterias cambió de azul a rojo, una clara señal de que el pescado estaba contaminado. Después de unas horas más, el bioink sensible al pH también cambió de color, señalando que el pescado también se había echado a perder.

Los resultados, publicado hoy en la revista Materiales funcionales avanzados , son un primer paso hacia el desarrollo de un nuevo sensor colorimétrico que puede detectar signos de contaminación y deterioro de los alimentos.

Estos sensores inteligentes de alimentos podrían ayudar a prevenir brotes como la reciente contaminación por salmonela en cebollas y melocotones. También podrían evitar que los consumidores desechen alimentos que hayan pasado la fecha de vencimiento impresa, pero de hecho sigue siendo consumible.

"Hay muchos alimentos que se desperdician debido a la falta de un etiquetado adecuado, y tiramos la comida sin saber siquiera si está estropeada o no, "dice Benedetto Marelli, el profesor asistente de desarrollo profesional Paul M. Cook en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT. "La gente también desperdicia mucha comida después de los brotes, porque no están seguros de si la comida está realmente contaminada o no. Una tecnología como esta daría confianza al usuario final para no desperdiciar alimentos ".

Los coautores de Marelli en el artículo son Doyoon Kim, Yunteng Cao, Dhanushkodi Mariappan, Michael S. Bono Jr., y A. John Hart.

Seda e impresión

El nuevo sensor de alimentos es el producto de una colaboración entre Marelli, cuyo laboratorio aprovecha las propiedades de la seda para desarrollar nuevas tecnologías, y Hart, cuyo grupo desarrolla nuevos procesos de fabricación.

Hart desarrolló recientemente una técnica de floxografía de alta resolución, Realización de patrones microscópicos que pueden permitir sensores y dispositivos electrónicos impresos de bajo costo. Mientras tanto, Marelli había desarrollado un sello de microagujas a base de seda que penetra y entrega nutrientes a las plantas. En conversación, los investigadores se preguntaron si sus tecnologías podrían combinarse para producir un sensor de alimentos impreso que supervise la seguridad alimentaria.

"Evaluar la salud de los alimentos con solo medir su superficie a menudo no es lo suficientemente bueno. En algún momento, Benedetto mencionó el trabajo de microagujas de su grupo con plantas, y nos dimos cuenta de que podíamos combinar nuestra experiencia para hacer un sensor más eficaz, Hart recuerda.

El equipo buscó crear un sensor que pudiera perforar la superficie de muchos tipos de alimentos. El diseño que se les ocurrió consistió en una serie de microagujas hechas de seda.

"La seda es completamente comestible, no tóxico, y se puede utilizar como ingrediente alimentario, y es lo suficientemente robusto mecánicamente para penetrar a través de un amplio espectro de tipos de tejidos, como la carne, melocotones y lechuga, "Marelli dice.

Una detección más profunda

Para hacer el nuevo sensor, Kim primero preparó una solución de fibroína de seda, una proteína extraída de capullos de polilla, y vertió la solución en un molde de microagujas de silicona. Después de secar, quitó la matriz resultante de microagujas, cada uno mide alrededor de 1,6 milímetros de largo y 600 micrones de ancho, alrededor de un tercio del diámetro de una hebra de espagueti.

Luego, el equipo desarrolló soluciones para dos tipos de bioink:polímeros imprimibles que cambian de color que se pueden mezclar con otros ingredientes de detección. En este caso, los investigadores mezclaron en un bioenlace un anticuerpo que es sensible a una molécula de E. coli. Cuando el anticuerpo entra en contacto con esa molécula, cambia de forma y empuja físicamente el polímero circundante, lo que a su vez cambia la forma en que el bioink absorbe la luz. De este modo, el bioink puede cambiar de color cuando detecta bacterias contaminantes.

Los investigadores hicieron un bioenlace que contenía anticuerpos sensibles a E. coli, y un segundo bioenlace sensible a los niveles de pH asociados con el deterioro. Imprimieron el biotinta con detección de bacterias en la superficie de la matriz de microagujas, en el patrón de la letra "E, "junto al cual imprimieron el bioenlace sensible al pH, como una "C" Ambas letras aparecieron inicialmente en color azul.

Luego, Kim incrustó poros dentro de cada microaguja para aumentar la capacidad de la matriz de extraer líquido a través de la acción capilar. Para probar el nuevo sensor, compró varios filetes de pescado crudo en una tienda de comestibles local e inyectó a cada filete un líquido que contenía E. coli, Salmonela, o el fluido sin contaminantes. Metió un sensor en cada filete. Luego, él esperó.

Después de unas 16 horas, el equipo observó que la "E" cambió de azul a rojo, solo en el filete contaminado con E. coli, lo que indica que el sensor detectó con precisión los antígenos bacterianos. Después de varias horas más, tanto la "C" como la "E" en todas las muestras se volvieron rojas, indicando que cada filete se había echado a perder.

Los investigadores también encontraron que su nuevo sensor indica contaminación y deterioro más rápido que los sensores existentes que solo detectan patógenos en la superficie de los alimentos.

"Hay muchas cavidades y agujeros en los alimentos donde están incrustados los patógenos, y los sensores de superficie no pueden detectarlos, "Dice Kim." Así que tenemos que conectarnos un poco más para mejorar la confiabilidad de la detección. Usando esta técnica de perforación, tampoco tenemos que abrir un paquete para inspeccionar la calidad de los alimentos ".

El equipo está buscando formas de acelerar la absorción de líquido de las microagujas, así como la detección de contaminantes de los bioenlaces. Una vez optimizado el diseño, imaginan que el sensor podría usarse en varias etapas a lo largo de la cadena de suministro, de operadores en plantas de procesamiento, quién puede usar los sensores para monitorear los productos antes de que se envíen, a los consumidores que pueden optar por aplicar los sensores en ciertos alimentos para asegurarse de que sean seguros para comer.