在美国，食源性致病大肠桿菌 O157估计每年导致7.3万人患病，60人死亡。麻省理工学院的研究人员提出了一种可能的新解决方案，他们认为，更好的安全测试可能有助于避免这种大肠杆菌菌株和其他有害细菌引起的一些疾病。

新的 MIT 测试是基于一种能与细菌蛋白质结合的新型液滴。这种交互作用可以通过肉眼或智能手机检测到，它可以为现有的食品安全测试提供一种更快、更便宜的替代方法。

“这是一种全新的感知方式,”麻省理工学院化学约翰·D·麦克阿瑟教授、该研究的资深作者蒂莫西 · 斯威格(Timothy Swager)说。“我们现在拥有的是一种可以大幅降低成本、降低进入成本的产品。”

麻省理工学院研究生张是这篇发表在美国化学学会中央科学杂志上的论文的主要作者。其他作者包括麻省理工学院博士后 Suchol Savagatrup、德国马克斯 · 普朗克胶体与界面研究所所长 Peter Seeberger 和马克斯 · 普朗克研究所研究生 Paulina Kaplonek。

检测细菌

两年前，斯威格的实验室发明了一种方法，可以轻松制造出包括两面神乳液在内的复杂液滴。这些 Janus 液滴由两个大小相等的半球组成，一个由氟碳组成，另一个由碳氢化合物组成。碳氟化合物比碳氢化合物密度大，所以当液滴落在表面时，碳氟化合物的一半总是在底部。

研究人员决定探索使用这些液滴作为传感器，因为它们独特的光学特性。在自然状态下，从上面观察两面神的液滴是透明的，但是从侧面观察，它们看起来是不透明的，因为光线穿过液滴时会发生弯曲。

为了将液滴转化为传感器，研究人员设计了一种含有甘露糖的表面活性剂分子，在构成液滴表面上半部分的碳氢化合物-水界面自组装。这些分子可以与一种叫做凝集素的蛋白质结合，这种蛋白质存在于某些大肠杆菌菌株的表面。当大肠杆菌存在时，液滴附着在蛋白质上并聚集在一起。这会使粒子失去平衡，因此击中它们的光线会向许多方向散射，从上面观察时，液滴会变得不透明。

“我们使用的是这些病原体使用的自然分子识别技术。它们通过这些弱的碳水化合物-凝集素结合方案相互识别。”斯威格说。“我们利用液滴的多价性来增加结合亲和力，这与其他传感器使用的方法有很大的不同。”

为了演示这些液滴是如何被用于感应的，研究人员将它们放置在一个二维码上方的培养皿中，这个二维码可以用智能手机扫描。当大肠杆菌出现时，液滴聚集在一起，无法读取二维码。

西北大学化学教授兼国际纳米技术研究所所长查德 · 米尔金将这种粒子描述为“一种强大的新型检测方法。”

没有参与这项研究的米尔金说: “它们非常简单，但是依靠巧妙的新方法来制造和操纵乳剂。”。在检测食源性病原体方面，这种概念验证的证明是令人信服的，因为它们构成了一类主要的分析物，定义了生物传感器界尚未满足的需求

更快更便宜

目前的食品安全检测通常包括将食品样品放在培养皿中，以检查是否有害细菌菌落形成，但这个过程需要两到三天。基于细菌 DNA 扩增或抗体-细菌相互作用的更快速的技术是昂贵的，需要特殊的仪器。

麻省理工学院的研究小组希望将其新技术应用到小井阵列中，每个井中都含有定制的液滴，用于检测不同的病原体，并与不同的二维码相连接。这可以使得只用一部智能手机就能够快速、廉价地检测污染物。

“我们的设备的最大优点是你不需要专门的仪器和技术培训就可以做到这一点,”张。“这可以让工厂的工人在运输食品之前，对食品进行扫描和测试，以确保食品的安全。”

研究人员现在正在优化食品样品的制备工作，这样就可以把它们和水滴一起放入水井中。他们还计划用更复杂的糖制造可以结合不同细菌蛋白质的液滴。在这篇论文中，研究人员使用了一种与非致病性大肠杆菌结合的糖，但是他们希望他们可以使传感器适应其他大肠杆菌菌株和其他有害细菌。

Savagatrup 说: “你可以想象，根据我们在细菌上放的糖，制造出真正有选择性的液滴来捕捉不同的细菌。”。

研究人员还在努力提高传感器的灵敏度，他们相信，目前的技术与现有技术相似，但具有更大的潜力。他们希望在未来一年半内成立一家公司将这项技术商业化。