Os padrões de segurança e qualidade dos alimentos nunca foram tão altos na Alemanha e em toda a União Europeia. Isso é especialmente verdadeiro na indústria de laticínios. No entanto, apesar de tais padrões elevados, traços de impurezas, pesticidas e antibióticos podem chegar ao leite, com consequências por vezes graves para a saúde do consumidor. No projeto financiado pela UE MOLOKO, Os pesquisadores da Fraunhofer se uniram a parceiros para desenvolver um novo sensor optoplasmônico projetado para fornecer rapidamente, análise in loco dos parâmetros de segurança e qualidade do leite. Este sistema de alerta antecipado trará à indústria uma economia substancial de tempo e dinheiro, bem como uma redução drástica no desperdício de produto, ajudando assim a melhorar o desempenho ao longo de toda a cadeia de abastecimento.

A segurança alimentar é um fator crítico na indústria de alimentos, principalmente no setor de laticínios. Aqui, infecções do úbere podem levar à entrada de organismos prejudiciais no leite, e substâncias químicas, como antibióticos ou pesticidas, podem contaminar o produto por meio da forragem ou em decorrência do controle inadequado dos equipamentos e das instalações de armazenamento. Para evitar que o leite adulterado entre na cadeia alimentar, as verificações são realizadas em todo o processo de produção e na cadeia de suprimentos. No entanto, esses testes padrão são caros e demorados. As amostras são retiradas de caminhões-tanque de leite contendo uma mistura de produtos coletados em várias fazendas de laticínios e, em seguida, analisadas em laboratório. Se o leite estiver contaminado, toda a carga deve ser destruída, com grandes perdas para todos os fazendeiros e laticínios em questão. Se houvesse um teste com o qual os agricultores pudessem verificar seu próprio leite antes de ser coletado pelo caminhão-tanque, tal desperdício poderia ser evitado.

A verificação de qualidade fornece resultados em cinco minutos

No projeto MOLOKO (sensor multiplex fOtônico para detecção on-line baseada em pLasmonic de contaminantes em leite), 12 parceiros de sete países, incluindo um laticínio, desenvolveram um teste rápido e barato para identificar os fatores de qualidade do leite. Em um teste com duração de cerca de cinco minutos, um novo sensor optoplasmonic analisa o produto para um total de seis substâncias, fornecendo assim uma verificação suplementar e um sistema de alerta precoce dentro da cadeia de abastecimento, bem antes de o leite ser bombeado para o caminhão-tanque. O sensor é funcionalizado com receptores para anticorpos específicos que servem como indicadores de vários parâmetros de qualidade e segurança do leite. Assim, permite que as fazendas leiteiras realizem, de forma automatizada, análises quantitativas no local.

Arquitetura de sensor integrada única

Todo o sistema consiste em um chip microfluídico reutilizável, transistores emissores de luz orgânicos (OLETs) ou diodos (OLEDs), um sensor que compreende fotodetectores orgânicos (OPDs), uma grade plasmônica nanoestruturada e os anticorpos específicos. O fotodetector orgânico está em desenvolvimento no Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Feixe de elétrons e tecnologia de plasma FEP, e o chip microfluídico no Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems ENAS. O OLET, Enquanto isso, está sendo desenvolvido pelo CNR-ISMN em Bolonha, e a grade fotônica da empresa Plasmore Srl em Pavia, ambos na Itália. O coordenador do projeto é o CNR-ISMN.

"O único aspecto do nosso chip é que ele pode ser reutilizado, "explica Andreas Morschhauser, pesquisador do Fraunhofer ENAS. "As moléculas alvo são retiradas dos anticorpos imobilizados por um tampão de regeneração. Isso significa que os anticorpos podem ser reutilizados para outros testes." Na verdade, a vida útil estimada do chip é de 100 ciclos de teste. Em cada teste, um total de seis parâmetros relacionados a contaminantes e proteínas são medidos. Para este propósito, Morschhauser e seus colegas desenvolveram um sistema microfluídico na forma de um sistema automatizado, cartucho miniaturizado substituível. Além de fornecer informações sobre segurança e qualidade do leite, os parâmetros medidos também informam aos produtores sobre a saúde e a condição de cada vaca. Isso os ajuda a detectar infecções em um estágio inicial e iniciar o tratamento imediatamente. O tratamento oportuno pode levar a uma administração mais criteriosa de antibióticos e, portanto, a uma redução no seu uso.

Uma grade nanoestruturada para ressonância de plasmon de superfície

Mas como funciona o teste? Dr. Michael Törker, um pesquisador da Fraunhofer FEP, explica:"A luz emitida pelo transistor cai em uma grade revestida com anticorpos específicos para as várias substâncias que estão sendo testadas. Quando o leite é despejado na grade, quaisquer moléculas-alvo no leite então se ligam aos anticorpos. Isso altera o índice de refração na vizinhança imediata da grade, que por sua vez modifica como essa luz é refletida. A luz refletida é registrada pelo fotodetector, que mede mudanças mínimas no índice de refração. "Este fenômeno básico, que ocorre em nanogratings especialmente estruturados, é conhecido como ressonância de plasma de superfície. Ele fornece leituras rápidas e altamente sensíveis.

O objetivo é usar esse biossensor em vários pontos ao longo da cadeia de valor - tanto como um dispositivo de laboratório quanto instalado diretamente em equipamentos de laticínios. Além disso, também será adequado para testar a qualidade de outros líquidos além do leite, como cerveja ou água. O único ajuste necessário é uma modificação nas moléculas de captura imobilizadas e no tampão de reação necessário. Isso envolveria meramente a substituição das moléculas de captura por outras modificadas adequadamente para o propósito em questão.