通缉。 单核细胞增生李斯特菌、沙门氏菌、空肠弯曲菌 和 大肠杆菌，从左至右，是导致食物中毒的 12 种病原体中的一部分，佐治亚理工学院的新型生物传感器可以在两小时甚至更短时间内检测到它们。
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在美国，食源性疾病当然不如世界许多地区那么普遍，但绝非罕见。上个月，纽约州的一次集市上，至少有 159 人感染了 大肠杆菌，而疾病控制中心最近的一份报告估计，每年受污染的食物会导致 325,000 人住院、5,000 人死亡以及 7600 万多人胃部不适。 好消息是，科学家们正在设计更快、更便宜的方法来检测导致此类感染的生物体。 电化学传感器正在研发中，而基于聚合酶链反应 (PCR) 的传感器虽然耗时，但已被证明极其灵敏。
佐治亚州的研究人员为这一武器库增添了一种新武器：他们的生物传感器于 9 月 28 日发布，它利用光学、免疫测定和其他化学测试，在不到两小时内检测出惊人少量 12 种不同细菌。
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图片来源：佐治亚理工学院
武器。 该生物传感器依靠光学、免疫测定和其他化学测试来检测细菌病原体。 |
这款传感器由佐治亚理工学院生物学教授保罗·埃德蒙兹、佐治亚理工学院研究所光电子技术分部的奈尔·哈特曼和佐治亚大学食品安全与质量提升中心的罗伯特·E·布拉凯特历时四年多开发而成，计划于 11 月在位于亚特兰大的食品加工公司 Gold Kist 开始现场测试。“我们将拆分一个样本，分别使用这两种技术[生物传感器和公司标准实验室测试]进行测试，”哈特曼解释说。“对于我们进行的每 1,000 次测试，我们将寻找两种方法结果之间的差异。”
生物传感器有望比细菌病原体的标准检测具有多项优势，州和联邦监管机构对 大肠杆菌 和 沙门氏菌 有标准检测要求，但浓度没有标准。也许最重要的是，它产生结果所需的时间更少。 目前的实验室程序可能需要长达 72 小时——这种延误迫使公司将肉类在仓库中存放更长时间，从而增加了肉类首先被污染的可能性。“生物传感器将有助于食品加工厂的整体质量控制，”埃德蒙兹指出。 此外，生物传感器的成本约为 1,000 美元至 5,000 美元，低于必要的实验室设备，后者估计为 12,000 美元至 20,000 美元。 而且它的灵敏度高出 1,000 倍，每毫升食物可检测到少至 500 个细菌细胞。
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侦探。 生物传感器的开发者之一保罗·埃德蒙兹（右）演示了它的功能。 |
尽管该设备可以识别 12 种细菌，但在现场测试期间，研究人员专注于最常出现在肉类中的六种细菌：沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌、小肠结肠炎耶尔森菌、大肠杆菌 0157:H7、普通大肠杆菌 和 空肠弯曲菌，后者现在是食物中毒最常见的原因。 为了找到这些生物体，该传感器使用了哈特曼和佐治亚理工学院研究公司获得专利的集成光学干涉传感器技术。 它的波导与抗体结合，抗体可以识别称为抗原的蛋白质，抗原对于不同的细菌是不同的。 当细菌抗原与脲酶结合时，与抗原反应并添加尿素时，会产生氨气； 气体反过来会改变传感器的光学特性和透射激光，从而指示病原体的浓度。
埃德蒙兹说：“如果使用生物传感器发现病原体，那么食品加工商可以更快地做出关于应用防腐剂等处理方法的决策。” “或者他们可能会将这些产品转移到烹饪操作中，这将杀死病原体。 而且公司可以修改他们的卫生计划。”
不过，在将生物传感器商业化之前，研究人员计划进行一些认真的微调。 首先，他们希望将检测器的灵敏度提高到每毫升 100 个细胞，这一水平可与其他正在开发中的设备相媲美。 而且他们希望扩大传感器的范围，使其超出肉类病原体，覆盖家禽、海鲜和乳制品中的病原体。“此外，我们还希望利用生物传感器来解决其他食品安全问题，例如与杀虫剂、农药和生长激素相关的问题，”哈特曼补充道。 如果他们能让它烤面包就好了。