Quang tử nông nghiệp cảm biến có thể phát hiện vi khuẩn trên trái cây và rau

Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng thuốc trừ sâu trong trái cây và rau quả đang giết chết 11,000 người mỗi năm và vô tình đầu độc lên đến 385 triệu người trên toàn thế giới.

Việc giám sát thực phẩm đối với các hóa chất siêu nhỏ và vi khuẩn có hại có thể mất nhiều ngày và liên quan đến việc gửi các lô nhỏ đến các phòng thí nghiệm để kiểm tra và phân tích. Giờ đây, một máy dò mới đang được phát triển có thể phát hiện dấu vết nhỏ của các nguyên tố độc bằng quang tử để đưa ra kết quả trong vài phút.

Máy dò siêu nhạy khai thác các hạt ánh sáng để phát hiện các dấu vết nhỏ nhất của thuốc trừ sâu hoặc vi khuẩn nhanh hơn từ 50 đến 100 lần so với các công nghệ hiện có.

Hiện đang được phát triển bởi một tập đoàn do EU tài trợ, hệ thống sẽ cho phép công nhân kiểm tra thuốc trừ sâu hoặc vi khuẩn bằng cách giám sát nhiều hơn hàng chục mẫu trái cây và rau quả so với hiện tại. Từ khi chuẩn bị mẫu đến khi phát hiện, hệ thống mới có thể đưa ra kết quả trong vòng chưa đầy 30 phút - một phần nhỏ so với thời gian hiện tại.

Nhóm nghiên cứu đang sử dụng một hệ thống cực kỳ nhạy cảm sử dụng ánh sáng laser để phát hiện các chất phân tích hóa học hoặc sinh học. Được gọi là cảm biến ghép kênh hai phương thức plasmo-quang tử, hệ thống có thể phát hiện vi khuẩn hoặc thuốc trừ sâu mà không cần nhãn, mà không cần phải sử dụng hóa chất hoặc thuốc nhuộm làm điểm đánh dấu.

Do thực phẩm có thể bị biến chất nhanh chóng và với thời gian kiểm tra an toàn kéo dài như hiện nay, các nhà máy thường có thể thực hiện ít kiểm tra hơn, đồng nghĩa với việc người tiêu dùng đối mặt với nguy cơ tiếp xúc với chất độc và vi khuẩn cao hơn - ngay cả ở những quốc gia có kỹ thuật giám sát rất hiệu quả.

Việc kiểm tra an toàn liên quan đến trái cây và rau quả thường được thực hiện theo lô ngẫu nhiên sau đó được gửi đến phòng thí nghiệm, một quá trình có thể mất nhiều ngày. Do thời gian và chi phí, những kiểm tra này không thể được thực hiện ở những bộ phận quan trọng của chuỗi giá trị như siêu thị và nhà hàng.

Mỗi năm, 385 triệu người bị ngộ độc không chủ ý do ăn trái cây hoặc rau quả có chứa thuốc trừ sâu và hàng nghìn người không chỉ tử vong mà khi tiêu thụ qua đường ăn uống, thuốc trừ sâu này có thể gây ra một loạt các tình trạng chết người lâu dài, bao gồm dị tật bẩm sinh, ung thư, di truyền. khuyết tật, rối loạn máu và nhiễm độc thần kinh.

Dự án có tên là GRACED, hiện đang được điều phối bởi CyRIC - Trung tâm nghiên cứu và đổi mới Síp, Síp và bao gồm một tập hợp các chuyên gia từ khắp châu Âu. Các nhà phát triển đã lấy cảm hứng từ một trong những cảm biến hiện có của họ để kiểm tra nước để phát hiện ô nhiễm vi sinh hoặc hóa học với một số lượng nhỏ thuốc trừ sâu.

Dự án, được gọi là GRACED, hiện đang được điều phối bởi CyRIC - Trung tâm nghiên cứu và đổi mới Síp, và bao gồm một nhóm các chuyên gia từ khắp châu Âu.

Hệ thống hoạt động bằng cách xem xét 'liên kết' của chất gây ô nhiễm với bề mặt cảm biến - tạo ra một tín hiệu duy nhất mới khi có thành phần độc hại.

Với cảm biến ghép kênh hai phương thức plasmo-quang tử, nhóm GRACED sử dụng một trong những công nghệ phát hiện nhạy cảm nhất hiện có để xác định ở cấp độ phân tử.

Vì các thụ thể trên bề mặt cảm biến được 'điều chỉnh' đặc biệt để phù hợp với một loại vi khuẩn hoặc hóa chất cụ thể, nên chỉ các chất phân tích quan tâm mới được thu nhận dọc theo cảm biến.

Ánh sáng truyền đi trong cảm biến tạo ra trường phát sáng tiếp xúc hoàn toàn trên bề mặt cảm biến và các bộ phận tiếp nhận có thể nhận ra các chất gây ô nhiễm khi một mẫu đi qua do sự thay đổi tốc độ của ánh sáng laser và do đó tạo ra mẫu giao thoa ở đầu ra.

Sự thay đổi này có thể được đo lường và xác định chính xác dựa trên một tập hợp các giá trị hiện có - và có thể đưa ra chẩn đoán ngay lập tức đối với chất gây ô nhiễm được mong đợi ở dải picomolar đến attomolar (pM – aM) mà không cần khuếch đại.

Nhóm GRACED nhận thấy các ứng dụng này cực kỳ hữu ích đối với một số lựa chọn thay thế sản xuất thực phẩm thế hệ tiếp theo.

“Các trang trại thẳng đứng hoặc đô thị giống như một phòng thí nghiệm, nơi mọi thứ được tiến hành trong các phòng được kiểm soát. Điều phối viên Alessandro Giusti, điều phối viên của Dự án, cho biết: Kiểm soát chất lượng nước là rất quan trọng đối với sự thành công của các loại trang trại này, và nếu quy trình này được tự động hóa thì càng tốt.

“Một số trang trại ở đô thị đang sử dụng 'nước xám' - nước chìm dùng để tưới tiêu - nơi có thể có nguy cơ ô nhiễm. Vì vậy, một giải pháp như của chúng tôi sẽ rất bổ sung cho sản xuất lương thực trong tương lai. ”

Kết thúc vào năm 2024, dự án GRACED sẽ tiến hành các thử nghiệm trong tương lai ở Pháp, Ý và Hungary, bao gồm các loại hệ thống sản xuất khác nhau (canh tác ngoài trời thông thường, canh tác đô thị mới, chuỗi giá trị nông nghiệp ngắn, canh tác bán tự động).