Fotonica agricola sensore in grado di individuare i batteri su frutta e verdura

La ricerca ha scoperto che i pesticidi in frutta e verdura uccidono fino a 11,000 persone ogni anno e avvelenano involontariamente fino a 385 milioni in tutto il mondo.

Il monitoraggio degli alimenti per sostanze chimiche microscopiche e batteri nocivi può richiedere giorni e comporta l'invio di piccoli lotti ai laboratori per i test e le analisi. Ora è in fase di sviluppo un nuovo rivelatore che sarà in grado di individuare tracce minute di elementi velenosi con la fotonica per dare un risultato in pochi minuti.

Il rilevatore ultrasensibile sfrutta le particelle di luce per individuare le più piccole tracce di pesticidi o batteri da 50 a 100 volte più velocemente rispetto alle tecnologie esistenti.

Attualmente in fase di sviluppo da parte di un consorzio finanziato dall'UE, il sistema consentirà ai lavoratori di verificare la presenza di pesticidi o batteri monitorando decine di campioni di frutta e verdura in più rispetto a quelli attualmente eseguiti. Dalla preparazione di un campione al rilevamento, il nuovo sistema può fornire un risultato in meno di 30 minuti, una frazione del tempo attuale.

Il team sta utilizzando un sistema estremamente sensibile che utilizza la luce laser per rilevare analiti chimici o biologici. Chiamato sensore multiplexing bimodale plasmo-fotonico, il sistema può individuare batteri o pesticidi senza etichette, senza dover utilizzare sostanze chimiche o coloranti come marker.

Dato che al momento gli alimenti possono degradarsi rapidamente e con lunghi controlli di sicurezza, le fabbriche possono spesso effettuare meno controlli, il che significa che i consumatori corrono un rischio maggiore di esposizione a veleni e batteri, anche in paesi con tecniche di monitoraggio molto efficienti.

I controlli di sicurezza che coinvolgono frutta e verdura vengono spesso effettuati in lotti casuali, quindi inviati a un laboratorio, un processo che può richiedere giorni. A causa dei tempi e dei costi, questi controlli non possono essere eseguiti in parti critiche della catena del valore come supermercati e ristoranti.

Ogni anno, 385 milioni di persone vengono involontariamente avvelenate mangiando frutta o verdura che contengono pesticidi e migliaia non solo muoiono, ma se consumati attraverso cibo e acqua questi pesticidi possono causare una serie di condizioni mortali a lungo termine, tra cui difetti alla nascita, tumori, malattie genetiche difetti, malattie del sangue e neurotossicità.

Il progetto, denominato GRACED, è attualmente coordinato dal CyRIC – Cyprus Research and Innovation Centre, Cipro e comprende un consorzio di esperti provenienti da tutta Europa. Gli sviluppatori si sono ispirati a uno dei loro sensori esistenti che esamina l'acqua per rilevare la contaminazione microbiologica o chimica con un piccolo numero di pesticidi.

Il progetto, chiamato GRACED, è attualmente coordinato da CyRIC, il Centro di ricerca e innovazione di Cipro, e comprende un consorzio di esperti provenienti da tutta Europa.

Il sistema funziona osservando il "legamento" del contaminante alla superficie del sensore, producendo un nuovo segnale unico quando è presente un costituente dannoso.

Con il loro sensore multiplexing bimodale plasmo-fotonico, il team di GRACED utilizza una delle tecnologie di rilevamento più sensibili disponibili per l'identificazione a livello molecolare.

Poiché i recettori sulla superficie del sensore sono specificamente "sintonizzati" su un particolare batterio o sostanza chimica, solo gli analiti di interesse vengono catturati lungo il sensore.

La luce che viaggia nel sensore genera un campo evanescente completamente esposto sulla superficie del sensore e i recettori sono in grado di riconoscere i contaminanti quando un campione passa attraverso i cambiamenti nella velocità della luce laser e quindi il modello di interferenza all'uscita.

Questo cambiamento può essere misurato e determinato con precisione rispetto a una serie di valori esistenti e dovrebbe essere in grado di fornire una diagnosi istantanea per un contaminante previsto nell'intervallo da picomolare ad attomolare (pM-aM) senza alcuna necessità di amplificazione.

Il team di GRACED considera le applicazioni estremamente utili per diverse alternative di produzione alimentare di prossima generazione.

“Le fattorie verticali o urbane sono un po' come un laboratorio dove tutto si svolge in stanze controllate. Il controllo della qualità dell'acqua è molto importante per il successo di questi tipi di allevamenti e, se questo processo è automatizzato, è ancora meglio", ha affermato il coordinatore del progetto Alessandro Giusti.

“Alcune aziende agricole urbane utilizzano 'acqua grigia' – l'acqua del pozzo utilizzata per l'irrigazione – dove è possibile il rischio di contaminazione. Quindi, una soluzione come la nostra sarà altamente complementare alla produzione alimentare futuristica”.

Concludendosi nel 2024, il progetto GRACED condurrà prove future in Francia, Italia e Ungheria, coprendo diversi tipi di sistemi di produzione (agricoltura convenzionale all'aperto, nuova agricoltura urbana, filiera agroecologica corta, agricoltura semiautomatica).