國外開發(fā)低成本新型紙質(zhì)傳感器，可檢測(cè)食物的鐵含量

為了解決人口中營養(yǎng)缺乏的問題，一些低收入國家采取了大規(guī)模食品強(qiáng)化計(jì)劃。但是，這些計(jì)劃都無法準(zhǔn)確確定食品中是否持續(xù)存在適量人類營養(yǎng)素所需的資源。

一 以減少低收入國家微量營養(yǎng)素缺乏癥為目標(biāo)

據(jù)外媒報(bào)道，近日，伊利諾伊大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)了一種低成本、可靠的紙質(zhì)傳感器，該傳感器可通過手機(jī)應(yīng)用程序運(yùn)行，以檢測(cè)食品中的鐵含量。

伊利諾伊大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)了一種價(jià)格合理、可靠的紙質(zhì)傳感器，可與配套的手機(jī)應(yīng)用程序配合使用，以檢測(cè)強(qiáng)化食品中的鐵含量。

這項(xiàng)新技術(shù)結(jié)合了化學(xué)、營養(yǎng)、工程學(xué)和食品科學(xué)技術(shù)，設(shè)計(jì)了可以識(shí)別食品中鐵含量的變色紙質(zhì)傳感器，并利用信息技術(shù)開發(fā)了所有人都可以使用的手機(jī)應(yīng)用程序。

該研究由伊利諾伊大學(xué)食品科學(xué)與人類營養(yǎng)學(xué)系博士候選人Anna Waller和IGNITELab領(lǐng)導(dǎo)，它發(fā)表在《營養(yǎng)雜志》上。

沃勒解釋說：“我們研究強(qiáng)化計(jì)劃，以減少低收入國家微量營養(yǎng)素缺乏癥，提高這些程序的效力或增強(qiáng)號(hào)召力的前提是加大對(duì)這些程序的監(jiān)視和評(píng)估，這是許多低收入環(huán)境所缺乏的。但是這樣做涉及大量實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)架構(gòu)和人員，而這些環(huán)境通常是不可用的?！?/p>

該系營養(yǎng)學(xué)副教授胡安·安德拉德(JuanAndrade)也是該研究的合著者，他解釋了消費(fèi)者、食品加工企業(yè)以及監(jiān)管強(qiáng)化計(jì)劃的政府之間的信任在開發(fā)傳感器過程中的關(guān)鍵作用。

“歸根結(jié)底，如果擁有一個(gè)大家都認(rèn)可的工具，該工具有效、簡(jiǎn)單且成本低廉，可以在手機(jī)上提供結(jié)果。如果電話可以連接到云，并且云連接到政府辦公室或公司辦公室，則他們可以監(jiān)視和維護(hù)支持其索賠的記錄，一切都已收集并存儲(chǔ)，沒有意見分歧的余地。這就是為什么這是一項(xiàng)偉大的技術(shù)。”

二 使用疏水紙為基底的紙質(zhì)傳感器 提高顏色辨別率

沃勒研究了各種生物傳感器，發(fā)現(xiàn)紙質(zhì)傳感器最便宜、最容易使用，而且也符合世界衛(wèi)生組織開發(fā)此類技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。

沃勒說，目前最大的挑戰(zhàn)之一是選擇要使用的紙張基材。她在對(duì)紙質(zhì)傳感器的早期研究中觀察到，一般研究人員經(jīng)常使用具有吸水能力的親水紙，因?yàn)槲覀冊(cè)跍y(cè)量干燥食品基質(zhì)中的添加鐵，所以需要先將其溶解在酸性溶液中。然而，當(dāng)我們使用親水性紙時(shí)，由于樣品散布在親水性紙上，因此產(chǎn)生的色斑非常不一致并且顏色不易測(cè)量。

因此，沃勒測(cè)試了能夠支持所測(cè)量色點(diǎn)發(fā)展的紙張，并決定使用一種嵌入了有機(jī)硅的疏水紙。這樣可以最大程度地減少紙張上色斑的不均勻性，并提供更準(zhǔn)確和更可靠的輸出。

沃勒利用她在化學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，然后研究了紙質(zhì)傳感器與鐵的各種反應(yīng)，這些反應(yīng)可能在紙上產(chǎn)生明顯的顏色變化，同時(shí)沃勒選擇了在最寬溫度范圍內(nèi)都能發(fā)揮作用的亞鐵反應(yīng)。她將溶液中的液體量減少到一微升，將其放在紙上，然后等待其干燥。

此方法會(huì)較少受到“其他營養(yǎng)素”的干擾，此過程導(dǎo)致了基于紙張的測(cè)定，該測(cè)定根據(jù)強(qiáng)化食品中的鐵而改變了顏色。研究人員使用了已經(jīng)強(qiáng)化的坦桑尼亞小麥粉和嬰兒配方奶粉來測(cè)試他們的傳感器，他們?cè)谘芯恐杏描F強(qiáng)化了面粉到達(dá)世界衛(wèi)生組織推薦的水平。

三 使用智能手機(jī)應(yīng)用程序測(cè)量顏色變化

該團(tuán)隊(duì)還獲得了ADM研究所的資助，與伊利諾伊大學(xué)技術(shù)服務(wù)大學(xué)合作開發(fā)了一款智能手機(jī)應(yīng)用程序，以使用智能手機(jī)應(yīng)用程序測(cè)量這種顏色變化。有了手機(jī)，那些將要評(píng)估強(qiáng)化食品中營養(yǎng)成分的人會(huì)在顏色出現(xiàn)后點(diǎn)擊紙質(zhì)傳感器的照片，然后該應(yīng)用會(huì)評(píng)估鐵的含量。

安德拉德解釋說，按慣例，測(cè)量食品樣品中鐵的通用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)是發(fā)射光譜或原子吸收光譜法。但是，這種檢查可能很昂貴，需要訓(xùn)練有素的工人，并且通常只能在私營企業(yè)或大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室中找到。

但安德拉德解釋說，智能手機(jī)在資源匱乏的環(huán)境中可用，研究表明，低收入國家的手機(jī)普及率很高。“我們到過那里，因此我們將其引入了這些基于紙張的技術(shù)?！?/p>

與傳統(tǒng)的評(píng)估營養(yǎng)水平的技術(shù)相比，沃勒前往墨西哥，以證實(shí)該傳感器使用實(shí)際防御程序中的食物來檢測(cè)鐵的準(zhǔn)確性和可靠性。

除了開發(fā)有效、準(zhǔn)確和可靠的測(cè)量結(jié)果的低成本樣品制備套件外，她在墨西哥進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是比較使用該軟件將智能手機(jī)應(yīng)用程序的結(jié)果與臺(tái)式計(jì)算機(jī)上的結(jié)果進(jìn)行匹配的情況。

安德拉德解釋說：“本文發(fā)表的方面之一是從臺(tái)式機(jī)到智能手機(jī)的分析的無縫過渡，而不會(huì)損害傳感器的性能和有效性?！?/p>

安德拉德指出，紙質(zhì)化驗(yàn)的驗(yàn)證至關(guān)重要。他補(bǔ)充說：“許多實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了創(chuàng)新的檢測(cè)平臺(tái)，但很少有人在現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證其技術(shù)。”