โฟโตนิกส์ทางการเกษตร เซ็นเซอร์ สามารถตรวจจับแบคทีเรียบนผลไม้และผักได้

การวิจัยพบว่าสารกำจัดศัตรูพืชในผักและผลไม้ฆ่าคนได้มากถึง 11,000 คนทุกปี และเป็นพิษโดยไม่ได้ตั้งใจมากถึง 385 ล้านคนทั่วโลก

การตรวจสอบอาหารสำหรับสารเคมีด้วยกล้องจุลทรรศน์และแบคทีเรียที่เป็นอันตรายอาจใช้เวลาหลายวัน และเกี่ยวข้องกับการส่งชุดย่อยไปยังห้องปฏิบัติการเพื่อทำการทดสอบและวิเคราะห์ ขณะนี้เครื่องตรวจจับใหม่อยู่ระหว่างการพัฒนาที่จะสามารถระบุร่องรอยขององค์ประกอบที่เป็นพิษด้วยโฟโตนิกส์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ในเวลาไม่กี่นาที

เครื่องตรวจจับอัลตราไวโอเลตควบคุมอนุภาคแสงเพื่อตรวจจับร่องรอยของสารกำจัดศัตรูพืชหรือแบคทีเรียที่เล็กที่สุดได้เร็วกว่าเทคโนโลยีที่มีอยู่ 50 ถึง 100 เท่า

ขณะนี้อยู่ระหว่างการพัฒนาโดยกลุ่มที่ได้รับทุนจากสหภาพยุโรป ระบบนี้จะช่วยให้พนักงานสามารถตรวจสอบสารกำจัดศัตรูพืชหรือแบคทีเรียโดยการตรวจสอบตัวอย่างผักและผลไม้มากกว่าที่ดำเนินการในปัจจุบัน ตั้งแต่การเตรียมตัวอย่างไปจนถึงการตรวจจับ ระบบใหม่สามารถให้ผลลัพธ์ได้ในเวลาน้อยกว่า 30 นาที – เศษของเวลาในปัจจุบัน

ทีมงานกำลังใช้ระบบที่มีความละเอียดอ่อนอย่างยิ่งซึ่งใช้แสงเลเซอร์ในการตรวจจับสารที่วิเคราะห์ทางเคมีหรือทางชีววิทยา ระบบนี้เรียกว่าเซ็นเซอร์มัลติเพล็กซิ่ง bimodal แบบพลาสโม-โฟโตนิก โดยระบบสามารถตรวจจับแบคทีเรียหรือยาฆ่าแมลงที่ไม่ติดฉลาก โดยไม่ต้องใช้สารเคมีหรือสีย้อมเป็นเครื่องหมาย

เนื่องจากอาหารสามารถย่อยสลายได้อย่างรวดเร็วและด้วยการตรวจสอบความปลอดภัยที่ยืดเยื้อในปัจจุบัน โรงงานต่างๆ มักจะตรวจสอบน้อยลง ซึ่งหมายความว่าผู้บริโภคต้องเผชิญกับความเสี่ยงที่จะสัมผัสกับสารพิษและแบคทีเรียมากขึ้น แม้แต่ในประเทศที่มีเทคนิคการตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพมาก

การตรวจสอบความปลอดภัยเกี่ยวกับผักและผลไม้มักถูกสุ่มเป็นชุดๆ จากนั้นจึงส่งไปยังห้องปฏิบัติการ ขั้นตอนนี้อาจใช้เวลาหลายวัน เนื่องจากเวลาและค่าใช้จ่าย การตรวจสอบเหล่านี้จึงไม่สามารถทำได้ในส่วนสำคัญของห่วงโซ่คุณค่า เช่น ซูเปอร์มาร์เก็ตและร้านอาหาร

ในแต่ละปี ผู้คน 385 ล้านคนถูกวางยาพิษโดยไม่ตั้งใจจากการกินผลไม้หรือผักที่มียาฆ่าแมลง และอีกหลายพันคนไม่เพียงแต่เสียชีวิตเท่านั้น แต่หากบริโภคโดยทางอาหารและน้ำ ยาฆ่าแมลงเหล่านี้สามารถทำให้เกิดภาวะร้ายแรงในระยะยาว รวมทั้งความพิการแต่กำเนิด มะเร็ง พันธุกรรม ความบกพร่อง ความผิดปกติของเลือด และความเป็นพิษต่อระบบประสาท

โครงการนี้เรียกว่า GRACED กำลังประสานงานโดย CyRIC – Cyprus Research and Innovation Centre, Cyprus และรวมถึงกลุ่มผู้เชี่ยวชาญจากทั่วยุโรป นักพัฒนาได้รับแรงบันดาลใจจากหนึ่งในเซ็นเซอร์ที่มีอยู่ซึ่งตรวจสอบน้ำเพื่อตรวจจับการปนเปื้อนทางจุลชีววิทยาหรือสารเคมีด้วยยาฆ่าแมลงจำนวนเล็กน้อย

โครงการนี้เรียกว่า GRACED กำลังประสานงานโดย CyRIC - ศูนย์วิจัยและนวัตกรรมแห่งไซปรัส และรวมถึงกลุ่มผู้เชี่ยวชาญจากทั่วยุโรป

ระบบทำงานโดยดูที่ 'การผูกมัด' ของสิ่งปลอมปนกับพื้นผิวเซ็นเซอร์ - สร้างสัญญาณใหม่ที่ไม่เหมือนใครเมื่อมีองค์ประกอบที่เป็นอันตรายอยู่

ทีม GRACED ใช้เทคโนโลยีการตรวจจับที่ละเอียดอ่อนที่สุดเทคโนโลยีหนึ่งที่สามารถระบุได้ในระดับโมเลกุลด้วยเซ็นเซอร์มัลติเพล็กซิ่ง bimodal แบบพลาสโมโฟโตนิกด้วยพลาสโมโฟโตนิก

เนื่องจากตัวรับบนพื้นผิวของเซ็นเซอร์ได้รับการ 'ปรับ' ให้เข้ากับแบคทีเรียหรือสารเคมีโดยเฉพาะ เฉพาะการวิเคราะห์ที่สนใจเท่านั้นที่ถูกจับไปพร้อมกับเซ็นเซอร์

แสงที่เคลื่อนที่ในเซ็นเซอร์จะสร้างสนามการหลบหลีกที่เปิดเผยอย่างสมบูรณ์เหนือพื้นผิวเซ็นเซอร์ และตัวรับสามารถรับรู้สิ่งปลอมปนเมื่อตัวอย่างผ่านไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วของแสงเลเซอร์ และด้วยเหตุนี้รูปแบบการรบกวนที่เอาต์พุต

การเปลี่ยนแปลงนี้สามารถวัดและกำหนดได้อย่างแม่นยำโดยเทียบกับชุดของค่าที่มีอยู่ และควรจะสามารถให้การวินิจฉัยทันทีสำหรับสารปนเปื้อนที่คาดหวังที่ช่วงพิโคโมลาร์ถึงอะตอมโมลาร์ (pM–aM) โดยไม่ต้องมีการขยายสัญญาณใดๆ

ทีมงานของ GRACED มองว่าการใช้งานดังกล่าวมีประโยชน์อย่างยิ่งต่อทางเลือกในการผลิตอาหารรุ่นต่อไปอีกหลายอย่าง

“ฟาร์มแนวตั้งหรือฟาร์มในเมืองเป็นเหมือนห้องปฏิบัติการที่ทุกอย่างดำเนินการในห้องควบคุม การควบคุมคุณภาพน้ำมีความสำคัญมากต่อความสำเร็จของฟาร์มประเภทนี้ และหากกระบวนการนี้เป็นแบบอัตโนมัติ กระบวนการนี้จะดียิ่งขึ้นไปอีก” Alessandro Giusti ผู้ประสานงานโครงการกล่าว

“ฟาร์มในเขตเมืองบางแห่งใช้ 'น้ำสีเทา' ซึ่งเป็นน้ำที่ใช้เพื่อการชลประทาน ซึ่งเสี่ยงต่อการปนเปื้อนได้ ดังนั้น วิธีแก้ปัญหาแบบของเราจะช่วยเสริมการผลิตอาหารแห่งอนาคตอย่างมาก”

โดยสรุปในปี 2024 โครงการ GRACED จะดำเนินการทดลองในอนาคตในฝรั่งเศส อิตาลี และฮังการี ครอบคลุมระบบการผลิตประเภทต่างๆ (การทำฟาร์มกลางแจ้งแบบธรรมดา การทำฟาร์มในเมืองแบบใหม่ ห่วงโซ่คุณค่าทางการเกษตรระยะสั้น การทำฟาร์มกึ่งอัตโนมัติ)