- 科學家研發出可檢測有害細菌和化學物質的食品傳感器
- 來源：米里亞姆・福齊婭 發表于 2025/7/18
圖片來源：Unsplash/CC0 公共領域
得克薩斯大學達拉斯分校的研究人員研發出一種便攜式食品安全設備，他們希望未來該設備能應用于食品行業的各個環節 —— 從加工工廠到家庭廚房。
這種設備名為 READ FWDx，是 “快速電分析診斷食品水質檢測” 的縮寫。作為一款概念驗證設備，它旨在檢測大腸桿菌、李斯特菌、沙門氏菌等有害食源性細菌，還能檢測百草枯二氯化物、草甘膦等常見除草劑以及抗生素等化學物質。
“我們有很多能測量身體各項指標的 gadgets，比如心率、血壓和血糖，” 得克薩斯大學達拉斯分校生物工程與生物醫學工程教授沙利尼・普拉薩德說。她聯合創辦了 EnLiSense 公司，旨在將這款設備以及她的實驗室研發的其他傳感器技術商業化，“但在食品方面，我們有什么呢？”
這項研究開展之際，食品召回事件正呈上升趨勢。據一些估算，2020 至 2024 年間，食品召回數量增加了 15%。今年 2 月發布的另一份報告顯示，美國食品藥品監督管理局在 2024 年共發布了 241 起食品和飲料召回及警示通知，較 2023 年增長 8%。過去幾個月，得克薩斯州受影響的召回食品包括黃瓜、牛肉餡、金針菇以及其他多種食品。
明尼蘇達大學公共衛生學院環境健康科學教授梅蘭妮・費爾斯通并未參與 READ FWDx 的研發工作，她表示，食品召回的原因有很多。有些召回與李斯特菌、沙門氏菌等細菌引發的疫情有關，還有些則是因為產品貼錯標簽、標識有誤，或者存在未申報的過敏原。
費爾斯通說：“每當食品體系出現問題，都是一個契機，要么能讓我們發現那些可能未知或此前未被識別的危害，也能讓我們開始了解問題的根源，并采取更有效的預防措施。”
佐治亞大學食品安全中心主任弗朗西斯科・迪埃斯 - 岡薩雷斯也未參與 READ FWDx 的研發，他認為，近期召回事件增多，更多是由于可追溯性和食品安全技術的進步，而非相關措施的倒退。
讓食品安全檢測走向便攜
用于監測食品污染物的技術已有數十年歷史。傳統方法包括高效液相色譜法（一種超強過濾器，能將混合物中的成分逐個分子分離）、質譜法（一種根據分子獨特特征對其進行稱重和識別的工具）以及酶聯免疫吸附測定法（簡稱 ELISA，利用抗體鎖定并測量特定物質）。
EnLiSense 公司的聯合創始人斯里拉姆・穆圖庫馬爾與普拉薩德是夫妻，他參與了這款新型食品安全設備的研發工作。他表示，這些傳統方法需要專門且昂貴的實驗室設備，而且并不便攜。
普拉薩德指出，另一個挑戰與時間和效率有關。因為檢測病毒、細菌等生物物質所需的技術，與檢測除草劑等化學物質的技術不同，所以無法同時對兩者進行檢測。
近年來，對高效、精確且便攜的檢測設備的需求，催生了一個新興的傳感器領域。這些傳感器能夠替代傳統的分析技術，并提供易于讀取的可檢測信號。電化學傳感技術就是其中一種正在測試用于食品污染檢測的技術。EnLiSense 公司的 READ FWDx 尤其采用了一種名為自適應電化學阻抗譜的技術。
普拉薩德解釋說，當把樣本（無論是清洗市售胡蘿卜的水滴，還是碎肉的汁液）放在傳感器上時，傳感器會掃描樣本的所有層面以尋找污染物。任何特定污染物的含量都會決定其總電荷和介電特性（即導電能力）。
普拉薩德說：“高濃度污染物與低濃度或微量污染物相比，電荷和介電特性都不同。你可以像調收音機一樣調節傳感器…… 這意味著你不是在測量一種、兩種或三種樣本類型，而是在同一個平臺上測量多種不同類型的物質。”
該設備讀取的芯片由 16 個傳感器組成，每個傳感器都能檢測多種污染物（設備本身能在 7 分鐘內得出結果）。檢測哪些污染物是根據美國疾病控制與預防中心的最新數據來確定的。
“從某種意義上說，這類似于即插即用。我們有一個生物檢測面板，比如沙門氏菌或大腸桿菌檢測面板，可針對某一樣本進行定制，” 曾是普拉薩德實驗室研究生、現任 EnLiSense 公司系統工程與運營總監的維克拉姆・納拉亞南・達姆說。
他補充道，這種芯片的可定制性使得傳感器可以輕松更換，以檢測真菌、病毒等污染物，或者抗生素、農藥等化學物質。
普拉薩德的實驗室已發表多篇論文，證實了 READ FWDx 的性能和精確度。
2024 年 6 月發表在《生物傳感器》期刊上的一項研究表明，這款便攜式設備能在 5 分鐘內檢測出大腸桿菌 O157:H7 等致病性菌株并對其進行定量分析。
同樣發表在《生物傳感器》期刊上的一項 5 月研究發現，READ FWDx 能檢測出玉米赤霉烯酮 —— 一種存在于發霉的玉米、小麥、大麥等谷物中的真菌毒素。這種污染物不僅對谷物類食品的安全構成威脅，還會危害牲畜的健康。
今年 4 月發表的另一項研究中，普拉薩德及其同事還展示了該設備的傳感器能夠同時檢測兩種污染物 —— 玉米赤霉烯酮和黃曲霉毒素 B1（黃曲霉產生的一種真菌毒素，已知會導致動物患癌）。
推動變革的動力
普拉薩德和 EnLiSense 團隊希望未來 READ FWDx 能面向普通消費者。如果這款便攜式設備真的面向公眾推出，那么每個芯片都是一次性的，保質期長達一年，可在室溫下儲存（普拉薩德表示，一年后芯片可能仍能使用，但靈敏度會有所下降）。
他們最終的目標是讓制造商、商業實驗室或食品連鎖店對 READ FWDx 產生興趣，將其用作床旁檢測工具，即在現場進行檢測，尤其是在需要快速得出結果的情況下。
然而，佐治亞大學的迪埃斯 - 岡薩雷斯認為，在已經實施食品安全協議的生產層面，像這樣的便攜式設備是否會促使企業更頻繁地進行批量檢測（即只對大量產品中的小樣本進行檢測），還是一個未知數。
迪埃斯 - 岡薩雷斯說：“大多數（質量控制）檢測都是基于樣本進行的。對于某一批次的產品來說，這些樣本不一定具有成比例的代表性…… 到目前為止，我們還沒有任何技術能夠真正篩查每一件食品。”
普拉薩德樂觀地認為，READ FWDx 能夠快速、準確地得出結果，這將鼓勵制造商進行更多的質量控制篩查。
普拉薩德說：“READ FWDx 的愿景是增加即時批量檢測的數量，因為它變得容易獲取且價格實惠。制造商普遍認為，這是一種穩定且可擴展的策略，能夠準確識別食品污染，減少產品損失和暴露風險�！�
制造商是否會采用這款設備，普通購物者是否會在家中篩查所購食品，還有待觀察。但鑒于食源性疾病和食品污染仍是持續存在的威脅，像 READ FWDx 這樣的工具讓我們看到了科學家們在確保食品可安全食用方面所取得的進展。
2025 年《達拉斯晨報》。由論壇內容 agency，LLC 發行。
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