Les ingénieurs du MIT ont conçu un capteur alimentaire de style Velcro, fabriqué à partir d'un ensemble de micro-aiguilles en soie, qui perce les emballages en plastique pour prélever des échantillons d'aliments à la recherche de signes de détérioration et de contamination bactérienne.




Les micro-aiguilles du capteur sont moulées à partir d'une alternative de protéines comestibles que l'on trouve dans les cocons de soie et sont conçues pour attirer le fluide à l'arrière du capteur, qui est imprimé avec deux types d'encre spécialisée. L'un de ces « bioinks » change de couleur lorsqu'il est en speak to avec un fluide d'une certaine gamme de pH, indiquant que la nourriture est gâtée l'autre prend une couleur lorsqu'il détecte des bactéries contaminantes telles que E. coli pathogène.

Les chercheurs ont attaché le capteur à un filet de poisson cru auquel ils avaient injecté une answer contaminée par E. coli. Après moins d'un jour, ils ont découvert que la partie du capteur qui était imprimée avec un bioink détectant les bactéries passait du bleu au rouge – un signe clair que le poisson était contaminé. Après quelques heures de additionally, le bioink sensible au pH a également changé de couleur, signalant que le poisson s'était également gâté.




Les résultats, publiés aujourd'hui dans la revue Highly developed Functional Elements, constituent une première étape vers le développement d'un nouveau capteur colorimétrique able de détecter les signes d'altération et de contamination des aliments.

De tels capteurs alimentaires intelligents pourraient aider à prévenir les épidémies telles que la récente contamination par les salmonelles dans les oignons et les pêches. Ils pourraient également empêcher les consommateurs de jeter des aliments dont la day de péremption est peut-être dépassée, mais qui sont en fait toujours consommables.

« Il y a beaucoup de nourriture gaspillée en raison du manque d'étiquetage approprié, et nous jetons la nourriture sans même savoir si elle est gâtée ou non », explique Benedetto Marelli, professeur assistant en développement de carrière Paul M. Prepare dinner au département de MIT. Génie civil et environnemental. « Les gens gaspillent également beaucoup de nourriture après des épidémies, motor vehicle ils ne sont pas sûrs si les aliments sont réellement contaminés ou non. Une technologie comme celle-ci donnerait confiance à l'utilisateur final pour ne pas gaspiller de nourriture.

Les co-auteurs de Marelli sur le papier sont Doyoon Kim, Yunteng Cao, Dhanushkodi Mariappan, Michael S. Bono Jr. et A. John Hart.

Soie et effect

Le nouveau capteur alimentaire est le fruit d'une collaboration entre Marelli, dont le laboratoire exploite les propriétés de la soie pour développer de nouvelles systems, et Hart, dont le groupe développe de nouveaux procédés de fabrication.

Hart a récemment développé une approach de floxographie à haute résolution, réalisant des motifs microscopiques qui peuvent permettre des composants électroniques et des capteurs imprimés à faible coût. Pendant ce temps, Marelli avait développé un tampon micro-aiguille à base de soie qui pénètre et fournit des nutriments aux plantes. Au cours de la discussion, les chercheurs se sont demandé si leurs technologies pouvaient être jumelées pour produire un capteur alimentaire imprimé qui surveille la sécurité alimentaire.

« Évaluer la santé des aliments en mesurant simplement leur floor n'est souvent pas suffisant. À un second donné, Benedetto a mentionné le travail de micro-aiguille de son groupe avec les plantes, et nous avons réalisé que nous pouvions combiner notre skills pour créer un capteur as well as efficace », se souvient Hart.

L'équipe a cherché à créer un capteur capable de percer la surface area de nombreux varieties d'aliments. Le structure qu'ils ont proposé consistait en une gamme de micro-aiguilles en soie.

« La soie est complètement comestible, non toxique et peut être utilisée comme ingrédient alimentaire, et elle est suffisamment robuste mécaniquement pour pénétrer à travers un large éventail de kinds de tissus, comme la viande, les pêches et la laitue », explique Marelli.

Une détection additionally profonde

Pour fabriquer le nouveau capteur, Kim a d'abord fabriqué une resolution de fibroïne de soie, une protéine extraite des cocons de mites, et a versé la solution dans un moule à micro-aiguilles en silicone. Après séchage, il a épluché le réseau résultant de micro-aiguilles, chacune mesurant approximativement 1,6 millimètre de extensive et 600 microns de substantial – environ un tiers du diamètre d'un fil de spaghetti.

L'équipe a ensuite développé des options pour deux forms de bioink – des polymères imprimables à changement de couleur qui peuvent être mélangés avec d'autres ingrédients de détection. Dans ce cas, les chercheurs ont mélangé dans un seul bioink un anticorps sensible à une molécule d'E. Coli. Lorsque l'anticorps entre en call avec cette molécule, il alter de forme et pousse physiquement sur le polymère environnant, ce qui à son tour modify la façon dont le bioink absorbe la lumière. De cette façon, le bioink peut changer de couleur lorsqu'il détecte des bactéries contaminantes.

Les chercheurs ont fabriqué un bioink contenant des anticorps sensibles à E. coli, et un deuxième bioink smart aux niveaux de pH associés à l'altération. Ils ont imprimé le bioink de détection de bactéries sur la surface area du réseau de micro-aiguilles, dans le motif de la lettre « E », à côté de laquelle ils ont imprimé le bioink practical au pH, comme un « C ». Les deux lettres sont initialement apparues de couleur bleue.

Kim a ensuite intégré des pores dans chaque micro-aiguille pour augmenter la capacité de la matrice à aspirer du fluide par capillarité. Pour tester le nouveau capteur, il a acheté plusieurs filets de poisson cru dans une épicerie locale et a injecté à chaque filet un liquide contenant soit E. coli, Salmonella, soit le liquide sans aucun contaminant. Il a collé un capteur dans chaque filet. Puis, il a attendu.

Après environ 16 heures, l'équipe a observé que le « E » passait du bleu au rouge, uniquement dans le filet contaminé par E. coli, indiquant que le capteur détectait avec précision les antigènes bactériens. Après plusieurs heures supplémentaires, le « C » et le « E » de tous les échantillons sont devenus rouges, indiquant que chaque filet était gâté.

Les chercheurs ont également découvert que leur nouveau capteur indique une contamination et une détérioration plus rapidement que les capteurs existants qui ne détectent que les brokers pathogènes à la floor des aliments.

« Il y a de nombreuses cavités et trous dans les aliments où des brokers pathogènes sont incorporés, et les capteurs de surface ne peuvent pas les détecter », dit Kim. « Nous devons donc nous connecter un peu in addition profondément pour améliorer la fiabilité de la détection. En utilisant cette strategy de perçage, nous n'avons pas non moreover à ouvrir un emballage pour inspecter la qualité des aliments. »

L'équipe recherche des moyens d'accélérer l'absorption des fluides par les micro-aiguilles, ainsi que la détection des contaminants par les bioinks. Une fois la conception optimisée, ils envisagent que le capteur pourrait être utilisé à différentes étapes de la chaîne d'approvisionnement, des opérateurs dans les usines de transformation, qui peuvent utiliser les capteurs pour surveiller les produits avant leur expédition, aux consommateurs qui peuvent choisir d'appliquer les capteurs. sur certains aliments pour s'assurer qu'ils peuvent être consommés sans threat.

Cette recherche a été soutenue, en partie, par le MIT Abdul Latif Jameel Drinking water and Foodstuff Programs Lab (J-WAFS), la Nationwide Science Foundation des États-Unis et le U.S. Workplace of Naval Research.