Smartphone-App für Lebensmittelstests
Mit der Globalisierung gelangen Nahrungsmittel aus aller Herren Länder in die Supermärkte, jedoch hat dies auch deutliche Nachteile: es wird zunehmend schwieriger, die Sicherheit von Nahrungsmitteln zu prüfen, bevor sie auf den Teller des Verbrauchers gelangen. FOODSNIFFER ist eine Anwendung, um die Sicherheit von Nahrungsmitteln zu testen und kann direkt auf dem Smartphone installiert werden, was vielleicht das Problem lösen kann. Europäische Bürger sind zunehmend um die Risiken beim Verzehr von Nahrungsmitteln besorgt, was durchaus verständlich ist. Doch trotz strenger Vorschriften und Kontrollen kam es in den letzten Jahren immer wieder zu Lebensmittelskandalen, und der Hauptgrund hierfür ist bekanntlich der Kostenfaktor derzeitiger Analysetechniken und der meist hohe Laboraufwand. Konkret bedeutet das, dass nur wenige Nahrungsmittel überhaupt getestet werden - kaum mehr als 1% - bevor sie in die Regale der Läden gelangen. Noch unübersichtlicher ist es bei importierten Lebensmitteln aus Übersee. Der FAO zufolge existieren in den meisten Erzeugerländern kaum oder so gut wie keine Überwachungsstrategien. Das EU-finanzierte Forschungsprojekt FOODSNIFFER (FOOD Safety at the point-of-Need via monolithic spectroscopic chip identiFying harmFul substances in frEsh pRoduce) entstand aus zwei Überlegungen heraus: es sollte ein sowohl kostengünstiges als auch allgemein verfügbares Überwachungsinstrument entwickelt werden, zudem sollte die neue technologische Entwicklung - ein winziger Sensor - in ein Smartphone integriert werden - wodurch zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen sind. Über diese Technologie soll das Projekt Daten sammeln, um Lebensmittelskandalen vorzubeugen. Die Anwendung kann überall und jederzeit zu minimalen Kosten und höchster Nachweisgenauigkeit eingesetzt werden und liefert umgehend das Ergebnis. Das mit 4 Mio. EUR geförderte Projekt bringt 10 europäische Partner, darunter vier KMU (kleine und mittelständische Unternehmen), mit Forschern verschiedenster Fachbereiche und Schlüsselakteuren aus dem industriellen Sektor zusammen. Projektkoordinator Ioannis Raptis und Forschungsleiter Eric Smith erläutern das Prinzip des Smartphone-Systems und die revolutionäre Verbesserung von Lebensmitteltests. Welche Hauptziele verfolgt das Projekt? Die FOODSNIFFER-Technologie ist ein großer Schritt und ermöglicht erstmals die zuverlässige Überwachung eines Produkts von Anfang an. Dabei spielt die Sicherheit von Bewässerungsanlagen genauso eine Rolle wie die Kontrolle des Pestizideinsatzes. Nur auf diese Weise ist das Problem an der Wurzel zu packen - angefangen bei der Erzeugung bis hin zur Lieferkette. Die von uns entwickelte Smartphone-Anwendung wird jedem zur Verfügung stehen und kann nicht nur gesundheitsschädliche Substanzen in Lebensmitteln nachweisen, sondern die Testergebnisse auch unmittelbar zusammen mit Metadaten - Nutzeridentität, Zeit, Datum und Ort der Analyse sowie Art der untersuchten Probe an eine Internet-Cloud-Anwendung übermitteln. Auch wird es möglich sein, die Testergebnisse mit einer Datenbank abzugleichen und auf dieser Basis Tabellen/Karten zu generieren oder zu aktualisieren, die von Herstellern, Lieferanten, Händlern und selbst Verbrauchern abrufbar sind. In welcher Hinsicht ist der Projektansatz zur Lebensmittelsicherheit neu oder innovativ? Das FOODSNIFFER-Konsortium entwickelt eine Lösung für molekularbiologische Laboranalysen entlang der gesamten Nahrungsmittelkette, auf die jeder Verbraucher jederzeit zugreifen kann und die sich für verschiedenste Lebensmittelkontaminanten eignet. Das System basiert auf einer einfachen, zuverlässigen und kostengünstigen Anwendung zur Kontrolle gesundheitsschädlicher Substanzen wie Pestizide, Mykotoxine und Allergene, beispielsweise in Babygläschen unmittelbar vor der Mahlzeit. Dies ist eine Erweiterung der gängigen Laborpraxis, da die Probe nicht mehr eingeschickt und lange auf das Ergebnis gewartet werden muss. Mit FOODSNIFFER können sich Handlungsentscheidungen unmittelbar an den Analyseergebnissen orientieren, und zwar völlig anders als es bisher möglich war. Und wie funktioniert die Anwendung genau? Das Prinzip ist eine optoelektronische Siliziumplattform mit allen notwendigen Komponenten eines optischen Biosensors, d.h. Lichtquelle, Sensorelemente und Detektoren werden auf einem einzigen winzigen Chip integriert. Dieser wird mittels Standardsiliziumtechnologie hergestellt, die sich hervorragend für die großindustrielle und kostengünstige Produktion eignet. Mit ihrem gänzlich neuen Design kann die Chip-Plattform gleichzeitig mehrere Proben in Echtzeit analysieren. Konnten Sie auf Forschungsergebnissen früherer Studien aufbauen? In der ersten Entwicklungsphase und im Verlauf des EU-finanzierten Forschungsprojekts PYTHIA wurde die optoelektronische Plattform ursprünglich für den Nachweis medizinischer Biomarker getestet. Die Ergebnisse bestätigten die Analysefunktionen und die Vorteile der Plattform. So versuchten wir, die Plattform auch für Lebensmittelanalysen zu nutzen, was nicht nur Bevölkerungsgesundheit und Lebensqualität verbessert, sondern auch der Lebensmittelbranche Vorteile bietet. Biosensoren können genauso gut zur Analyse von Lebensmitteln eingesetzt werden wie für medizinische Anwendungen, was neue Möglichkeiten für Entwickler eröffnet und ein hohes Kommerzialisierungspotenzial hat, da die Genehmigungsschwelle niedriger liegt. Wo lagen die größten Probleme und wie wurden sie gelöst? Die größten Herausforderungen waren technischer Art. FOODSNIFFER sollte so viele Komponenten wie möglich auf einem Chip unterbringen und die optoelektronische Plattform durch einen Spektrum-Analysator ergänzen. Damit ist unser Gerät der erste vollständig Silizium-basierte spektroskopische Schaltkreis überhaupt. Offenbar ist dies noch niemals zuvor versucht worden, und es mussten radikale Neuerungen in der Photonentechnologie umgesetzt werden. Vom biochemischen Standpunkt aus sind spezifische Assays für unseren Mikrochip mit einer Nachweisgrenze zu entwickeln, die um vieles genauer ist als die üblichen von der EU vorgegebenen Schadstoffgrenzwerte. Weiterhin muss sichergestellt werden, dass die Probenvorbereitung so einfach und kostengünstig wie möglich ist, damit das FOODSNIFFER-System überall und ohne Umstände einsetzbar ist. Über diese technologischen Hürden hinaus muss die Lösung von FOODSNIFFER derzeitigen analytischen Verfahren vergleichbar sein, insbesondere sollte sie ebenso zuverlässig und sensitiv wie etablierte Labormethoden sein. Wie sehen die nächsten Schritte des Projekts aus? Im letzten Projektabschnitt war der Nachweis bestimmter Allergene mit vorläufigen Testversionen des Chips durchaus viel versprechend. FOODSNIFFER testet nun die Machbarkeit sensorischer Chips, indem derzeit eingesetzte Assays für Mykotoxine und Pestizide evaluiert werden, und vergleicht sie mit Standardmethoden. Weiterhin wird der Prototyp eines Tischprüfmessgeräts entwickelt und die analytische Eignung des FOODSNIFFER-System vorläufig bewertet. Damit wird die Entwicklung des tragbaren Systems zur Überwachung und Auslesung der Chipergebnisse vorbereitet. Was wird die Technologie den EU-Bürgern bringen? Die industrielle Revolution und die moderne Lebensweise haben den Umgang mit Nahrungsmitteln von Grund auf verändert. Zu Zeiten unserer Großeltern wurde ein Produkt gekauft, wenn man langjähriges Vertrauen in den Produzenten hatte, dies ist aber längst nicht mehr zeitgemäß. Die komplexen und geographischen Gegebenheiten der Lieferkette bergen heute viel größere und meist nicht absehbare Risiken, und der Vertrieb großer Mengen möglicherweise kontaminierter Lebensmittel in vielen Ländern über kürzeste Zeiträume könnte zu einem Schneeballeffekt führen, der die Nachverfolgung des verdächtigen Produkts erschwert. Wir gehen davon aus, dass FOODSNIFFER den Umgang mit Lebensmitteln verändern wird, da sich potenzielle Gefahren über die gesamte Lieferkette hinweg besser klären lassen. Wichtig ist vor allem, dass viele menschliche Infektionskrankheiten auf Lebensmittelkeime zurückgehen. Modernste medizinische Studien zeigen, dass auch kurze Infektionsverläufe mitunter durchaus nicht harmlos sind, sondern ansonsten gesunde Menschen unheilbar krank machen können, was unabsehbare Kosten verursacht - sowohl in finanzieller Hinsicht aus auch für die Lebensqualität, wie es beispielsweise bei chronischen Krankheiten der Fall ist, etwa bei Erkrankungen des Immunsystems. Wann ist die Technologie von FOODSNIFFER marktreif? Damit ist drei Jahre nach Abschluss des Projekts zu rechnen. Die technologische Entwicklung des Systems ist jedoch erst der Anfang. Für die Marktreife sind Genehmigungsverfahren nötig, die möglicherweise mehr Zeit in Anspruch nehmen werden.Weitere Informationen sind abrufbar unter: FODSNIFFER http://www.foodsniffer.eu Projektdatenblatt