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得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的研究人員研發(fā)出一種便攜式食品安全設(shè)備，他們希望未來(lái)該設(shè)備能應(yīng)用于食品行業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié) —— 從加工工廠到家庭廚房。

這種設(shè)備名為 READ FWDx，是 “快速電分析診斷食品水質(zhì)檢測(cè)” 的縮寫。作為一款概念驗(yàn)證設(shè)備，它旨在檢測(cè)大腸桿菌、李斯特菌、沙門氏菌等有害食源性細(xì)菌，還能檢測(cè)百草枯二氯化物、草甘膦等常見(jiàn)除草劑以及抗生素等化學(xué)物質(zhì)。

“我們有很多能測(cè)量身體各項(xiàng)指標(biāo)的 gadgets，比如心率、血壓和血糖，” 得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校生物工程與生物醫(yī)學(xué)工程教授沙利尼・普拉薩德說(shuō)。她聯(lián)合創(chuàng)辦了 EnLiSense 公司，旨在將這款設(shè)備以及她的實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的其他傳感器技術(shù)商業(yè)化，“但在食品方面，我們有什么呢？”

這項(xiàng)研究開(kāi)展之際，食品召回事件正呈上升趨勢(shì)。據(jù)一些估算，2020 至 2024 年間，食品召回?cái)?shù)量增加了 15%。今年 2 月發(fā)布的另一份報(bào)告顯示，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局在 2024 年共發(fā)布了 241 起食品和飲料召回及警示通知，較 2023 年增長(zhǎng) 8%。過(guò)去幾個(gè)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(dá)大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境健康科學(xué)教授梅蘭妮・費(fèi)爾斯通并未參與 READ FWDx 的研發(fā)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(xì)菌引發(fā)的疫情有關(guān)，還有些則是因?yàn)楫a(chǎn)品貼錯(cuò)標(biāo)簽、標(biāo)識(shí)有誤，或者存在未申報(bào)的過(guò)敏原。

費(fèi)爾斯通說(shuō)：“每當(dāng)食品體系出現(xiàn)問(wèn)題，都是一個(gè)契機(jī)，要么能讓我們發(fā)現(xiàn)那些可能未知或此前未被識(shí)別的危害，也能讓我們開(kāi)始了解問(wèn)題的根源，并采取更有效的預(yù)防措施�！�

佐治亞大學(xué)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(fā)，他認(rèn)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(shù)的進(jìn)步，而非相關(guān)措施的倒退。

讓食品安全檢測(cè)走向便攜

用于監(jiān)測(cè)食品污染物的技術(shù)已有數(shù)十年歷史。傳統(tǒng)方法包括高效液相色譜法（一種超強(qiáng)過(guò)濾器，能將混合物中的成分逐個(gè)分子分離）、質(zhì)譜法（一種根據(jù)分子獨(dú)特特征對(duì)其進(jìn)行稱重和識(shí)別的工具）以及酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法（簡(jiǎn)稱 ELISA，利用抗體鎖定并測(cè)量特定物質(zhì)）。

EnLiSense 公司的聯(lián)合創(chuàng)始人斯里拉姆・穆圖庫(kù)馬爾與普拉薩德是夫妻，他參與了這款新型食品安全設(shè)備的研發(fā)工作。他表示，這些傳統(tǒng)方法需要專門且昂貴的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，而且并不便攜。

普拉薩德指出，另一個(gè)挑戰(zhàn)與時(shí)間和效率有關(guān)。因?yàn)闄z測(cè)病毒、細(xì)菌等生物物質(zhì)所需的技術(shù)，與檢測(cè)除草劑等化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)不同，所以無(wú)法同時(shí)對(duì)兩者進(jìn)行檢測(cè)。

近年來(lái)，對(duì)高效、精確且便攜的檢測(cè)設(shè)備的需求，催生了一個(gè)新興的傳感器領(lǐng)域。這些傳感器能夠替代傳統(tǒng)的分析技術(shù)，并提供易于讀取的可檢測(cè)信號(hào)。電化學(xué)傳感技術(shù)就是其中一種正在測(cè)試用于食品污染檢測(cè)的技術(shù)。EnLiSense 公司的 READ FWDx 尤其采用了一種名為自適應(yīng)電化學(xué)阻抗譜的技術(shù)。

普拉薩德解釋說(shuō)，當(dāng)把樣本（無(wú)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(shí)，傳感器會(huì)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(huì)決定其總電荷和介電特性（即導(dǎo)電能力）。

普拉薩德說(shuō)：“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(diào)收音機(jī)一樣調(diào)節(jié)傳感器…… 這意味著你不是在測(cè)量一種、兩種或三種樣本類型，而是在同一個(gè)平臺(tái)上測(cè)量多種不同類型的物質(zhì)�！�

該設(shè)備讀取的芯片由 16 個(gè)傳感器組成，每個(gè)傳感器都能檢測(cè)多種污染物（設(shè)備本身能在 7 分鐘內(nèi)得出結(jié)果）。檢測(cè)哪些污染物是根據(jù)美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心的最新數(shù)據(jù)來(lái)確定的。

“從某種意義上說(shuō)，這類似于即插即用。我們有一個(gè)生物檢測(cè)面板，比如沙門氏菌或大腸桿菌檢測(cè)面板，可針對(duì)某一樣本進(jìn)行定制，” 曾是普拉薩德實(shí)驗(yàn)室研究生、現(xiàn)任 EnLiSense 公司系統(tǒng)工程與運(yùn)營(yíng)總監(jiān)的維克拉姆・納拉亞南・達(dá)姆說(shuō)。

他補(bǔ)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(cè)真菌、病毒等污染物，或者抗生素、農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)。

普拉薩德的實(shí)驗(yàn)室已發(fā)表多篇論文，證實(shí)了 READ FWDx 的性能和精確度。

2024 年 6 月發(fā)表在《生物傳感器》期刊上的一項(xiàng)研究表明，這款便攜式設(shè)備能在 5 分鐘內(nèi)檢測(cè)出大腸桿菌 O157:H7 等致病性菌株并對(duì)其進(jìn)行定量分析。

同樣發(fā)表在《生物傳感器》期刊上的一項(xiàng) 5 月研究發(fā)現(xiàn)，READ FWDx 能檢測(cè)出玉米赤霉烯酮 —— 一種存在于發(fā)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(duì)谷物類食品的安全構(gòu)成威脅，還會(huì)危害牲畜的健康。

今年 4 月發(fā)表的另一項(xiàng)研究中，普拉薩德及其同事還展示了該設(shè)備的傳感器能夠同時(shí)檢測(cè)兩種污染物 —— 玉米赤霉烯酮和黃曲霉毒素 B1（黃曲霉產(chǎn)生的一種真菌毒素，已知會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物患癌）。

推動(dòng)變革的動(dòng)力

普拉薩德和 EnLiSense 團(tuán)隊(duì)希望未來(lái) READ FWDx 能面向普通消費(fèi)者。如果這款便攜式設(shè)備真的面向公眾推出，那么每個(gè)芯片都是一次性的，保質(zhì)期長(zhǎng)達(dá)一年，可在室溫下儲(chǔ)存（普拉薩德表示，一年后芯片可能仍能使用，但靈敏度會(huì)有所下降）。

他們最終的目標(biāo)是讓制造商、商業(yè)實(shí)驗(yàn)室或食品連鎖店對(duì) READ FWDx 產(chǎn)生興趣，將其用作床旁檢測(cè)工具，即在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，尤其是在需要快速得出結(jié)果的情況下。

然而，佐治亞大學(xué)的迪埃斯 - 岡薩雷斯認(rèn)為，在已經(jīng)實(shí)施食品安全協(xié)議的生產(chǎn)層面，像這樣的便攜式設(shè)備是否會(huì)促使企業(yè)更頻繁地進(jìn)行批量檢測(cè)（即只對(duì)大量產(chǎn)品中的小樣本進(jìn)行檢測(cè)），還是一個(gè)未知數(shù)。

迪埃斯 - 岡薩雷斯說(shuō)：“大多數(shù)（質(zhì)量控制）檢測(cè)都是基于樣本進(jìn)行的。對(duì)于某一批次的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，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(méi)有任何技術(shù)能夠真正篩查每一件食品�！�

普拉薩德樂(lè)觀地認(rèn)為，READ FWDx 能夠快速、準(zhǔn)確地得出結(jié)果，這將鼓勵(lì)制造商進(jìn)行更多的質(zhì)量控制篩查。

普拉薩德說(shuō)：“READ FWDx 的愿景是增加即時(shí)批量檢測(cè)的數(shù)量，因?yàn)樗�變得容易獲取且價(jià)格實(shí)惠。制造商普遍認(rèn)為，這是一種穩(wěn)定且可擴(kuò)展的策略，能夠準(zhǔn)確識(shí)別食品污染，減少產(chǎn)品損失和暴露風(fēng)險(xiǎn)�！�

制造商是否會(huì)采用這款設(shè)備，普通購(gòu)物者是否會(huì)在家中篩查所購(gòu)食品，還有待觀察。但鑒于食源性疾病和食品污染仍是持續(xù)存在的威脅，像 READ FWDx 這樣的工具讓我們看到了科學(xué)家們?cè)诖_保食品可安全食用方面所取得的進(jìn)展。

2025 年《達(dá)拉斯晨報(bào)》。由論壇內(nèi)容 agency，LLC 發(fā)行。