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Ein neuer photonischer Sensor zur schnellen Erkennung von Bakterien und Pestiziden auf Obst und Gemüse

Ein von der EU unterstütztes Team entwickelt einen innovativen photonischen Sensor für die schnelle und zuverlässige Lebensmittelsicherheitskontrolle in den Produktions- und Vertriebsketten von Obst und Gemüse in Europa.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts GRACED entwickeln Forschende einen neuartigen Sensor, der die Lebensmittelsicherheitskontrollen in Europa immens verbessern könnte. Der hochempfindliche photonische Sensor wird zuverlässig innerhalb von Minuten mikroskopische Spuren schädlicher Chemikalien und Bakterien auf Obst und Gemüse erkennen können. Die Kontrolle dieser Lebensmittel ist üblicherweise kosten- und zeitintensiv. Bei der Untersuchung von Stichproben, die an Labore gesendet werden müssen, wartet man teils zwei bis drei Tage auf die Ergebnisse. Da Obst und Gemüse schnell verderben und Kontrollen kostspielig sind, reduzieren Erzeugungsbetriebe häufig die Sicherheitskontrollen. Diese Zeit- und Kostenfaktoren verhindern auch Kontrollen in Supermärkten und Restaurants, in denen die Lebensmittelüberwachung eine bedeutende Rolle beim Verbraucherschutz spielen könnte. Die Bedeutung besserer Lebensmittelsicherheitskontrollen wird durch die schätzungsweise 385 Millionen Menschen deutlich, die jedes Jahr unbeabsichtigt vergiftet werden und von denen 11 000 sterben. Die Aufnahme von Pestizidrückständen über die Nahrung oder Wasser beeinträchtigt bekanntermaßen das Immun-, Hormon- und Nervensystem des Körpers. Außerdem wird sie mit vielen Erkrankungen wie Geburtsfehlern oder Krebs in Zusammenhang gebracht. „Angesichts der Tausenden Toten weltweit brauchen wir dringend eine schnelle, neue Kontrollmöglichkeit, die präzise, hochempfindlich und kostengünstig in der Fertigung ist“, meint der Leiter der Forschungs- und Innovationsabteilung Alessandro Giusti vom Cyprus Research and Innovation Center (CyrIC), dem Projektkoordinator von GRACED, in einer Pressemitteilung auf „EURACTIV PR“.

Bis zu 100-mal schnellere Erkennung von Verunreinigungen

Entwickelt wird ein hochempfindliches Kontrollgerät, das Pestizide und Bakterien mithilfe von Laserlicht erkennt. Dabei sind keine Chemikalien und Färbungsmittel als Marker notwendig. Der plasmo-photonische bimodale Multiplex-Sensor kann die geringsten Spuren von Pestiziden oder Bakterien 50- bis 100-mal schneller erkennen als aktuelle Technologien. Außerdem werden die Rezeptoren der Sensoroberfläche auf bestimmte Bakterien oder Chemikalien eingestellt. Somit werden nur die richtigen Analyten entdeckt und ein einzigartiges Signal ausgegeben, wenn eine schädliche Substanz vorhanden ist. Aber wie genau funktioniert das? Das Licht im Sensor erzeugt ein vollständig exponiertes evaneszentes Feld über der Sensoroberfläche. Passiert eine Probe den Sensor ergeben sich Veränderungen in der Geschwindigkeit des Laserlichts, das die Interferenzmuster des Ergebnisses verändert. Dadurch können die Rezeptoren an der Sensoroberfläche die schädlichen Chemikalien oder Bakterien erkennen und eine Sofortdiagnose liefern. „Das geschieht alles auf einem einzigen Chip – wir arbeiten daran, gleichzeitig sieben unterschiedliche Analyten in weniger als 30 Minuten zu erkennen (das beinhaltet die Zeit für die Probenvorbereitung)“, so Giusti. Nach Aussage des Leiters des CyRIC kann die Technologie eingesetzt werden, um Verunreinigungen in verschiedenen Medien zu erkennen, egal ob im Wasser für die Pflanzen oder dem Obst und Gemüse selbst. „Vertikale oder städtische Landwirtschaft ist ... ein bisschen wie ein Labor, in dem alles in kontrollierten Räumen abläuft. Die Kontrolle der Wasserqualität ist für den Erfolg in dieser Art Landwirtschaft enorm wichtig und wenn dieses Verfahren automatisiert wird, ist das umso besser. Manche dieser städtischen Landwirtschaftsbetriebe verwenden ‚graues Wasser‘ – Trinkwasser, das für die Bewässerung verwendet wird –, bei dem Verunreinigungen auftreten können. Eine Lösung wie unsere wird sich also sehr gut mit der Lebensmittelerzeugung der Zukunft ergänzen.“ Die Technologie von GRACED (Ultra-compact, low-cost plasmo-photonic bimodal multiplexing sensor platforms as part of a holistic solution for food quality monitoring) wird in verschiedenen Erzeugungs- und Vertriebssystemen in Frankreich, Italien und Ungarn getestet. Weitere Informationen: GRACED-Projektwebsite

Schlüsselbegriffe

GRACED, photonischer Sensor, Sensor, Bakterien, Pestizide, Lebensmittelsicherheit, Kontrolle, Wasser, Obst, Gemüse

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30 August 2021