Μικροσκοπική συσκευή από το Berkeley θα μπορούσε να σώσει εκατομμύρια από τροφική δηλητηρίαση

Η συσκευή ηλεκτρικής μύτης που ανέπτυξαν μηχανικοί του UC Berkeley. (Brandon Sánchez-Mejia/UC Berkeley)

Αν βρεθείτε με αναστατωμένο στομάχι αφού φάτε κάτι αμφίβολης φρεσκάδας, μάλλον ανήκετε στους τυχερούς.

Οι τροφιμογενείς ασθένειες αποτελούν παγκόσμιο και δυνητικά θανατηφόρο πρόβλημα, που προκαλεί πολύ περισσότερα από εντερική ταλαιπωρία.

Εκτιμάται ότι περισσότεροι από 850 εκατομμύρια άνθρωποι αρρωσταίνουν κάθε χρόνο αφού φάνε μολυσμένα τρόφιμα, με αποτέλεσμα πάνω από 1,5 εκατομμύρια θανάτους ετησίως, σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (ΠΟΥ).

Και παρόλο που η τεχνολογία έχει κατακτήσει τα περισσότερα πεδία της καθημερινότητας, η βασική μας πρακτική για την ασφάλεια των τροφίμων εξακολουθεί να είναι μια γρήγορη, πρόχειρη «δοκιμή μυρωδιάς» (sniff test) για να κρίνουμε τη φρεσκάδα του χθεσινού γάλακτος ή των περισσευμάτων της περασμένης εβδομάδας.

Όμως η ανθρώπινη μύτη είναι ατελής χημικός ανιχνευτής, όπως μαρτυρούν και πολλές πρωινές δόσεις Pepto-Bismol την επόμενη μέρα.

Έτσι, για να μας σώσουν από μια κρυφά επικίνδυνη φέτα σολομού, μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας (UC) Berkeley ανέπτυξαν μια «ηλεκτρική μύτη» (electric nose), περιγράφοντας τη δουλειά τους στο Science Advances.



Η ηλεκτρική μύτη, που αναπτύχθηκε στο UC Berkeley, μπορεί να βελτιώσει την ασφάλεια των τροφίμων ανιχνεύοντας αέρια που σχετίζονται με χαλασμένα τρόφιμα ή κοινά αλλεργιογόνα τροφίμων. (Brandon Sánchez-Mejia/UC Berkeley)

Το σημαντικό είναι ότι αυτή η τεχνολογία μπορεί να ενσωματωθεί σε καθημερινές συσκευές για να μας προστατεύει από κρυμμένα παθογόνα, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που σχετίζονται με την αλλοίωση των τροφίμων.

«Νομίζω ότι τα "έξυπνα" ψυγεία – που διαθέτουν αισθητήρες τους οποίους μπορείτε να ελέγχετε από το τηλέφωνό σας – θα αποτελούσαν εξαιρετική εφαρμογή για αυτό το είδος τεχνολογίας»

— Carla Bassil, ηλεκτρολόγος μηχανικός στο UC Berkeley και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης

«Πόσο ωραία θα ήταν αν το ψυγείο σας μπορούσε να σας πει: "Ε, το μπρόκολο θα χαλάσει σύντομα, οπότε μάλλον πρέπει να το φας"; Ή: "Το κοτόπουλο είναι στην τελευταία του μέρα";»

Η «ηλεκτρική μύτη» αποτελείται από 16 αισθητήρες, ο καθένας ευαίσθητος σε ελαφρώς διαφορετικό μείγμα αερίων, ώστε να δίνει στους διστακτικούς καταναλωτές ένα «ναι» ή «όχι» για εκείνο το περισσευούμενο μπούτι κοτόπουλου.

Η Bassil παρομοιάζει αυτούς τους αισθητήρες με «ψηφιακούς γευστικούς κάλυκες», ο καθένας συντονισμένος σε διαφορετικό ερέθισμα.

«Καθένας από αυτούς τους 16 αισθητήρες έχει διαφορετική αισθητήρια μεμβράνη και λειτουργεί μετατρέποντας χημικές αντιδράσεις ανάμεσα στην επιφάνεια του αισθητήρα και το μόριο του αερίου σε ηλεκτρικά σήματα»

— Carla Bassil, σε πρόσφατη ομιλία

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μεθόδους μηχανικής μάθησης για να εκπαιδεύσουν την e-nose να αναγνωρίζει 16 διαφορετικά προϊόντα διατροφής, πετυχαίνοντας συνολική ακρίβεια πρόβλεψης σχεδόν 93%.

Αυτά τα είδη περιλαμβάνουν φρούτα και κοινά αλλεργιογόνα ξηρών καρπών, όπως καρύδια και αράπικα φιστίκια. Της ανέθεσαν επίσης την άχαρη αποστολή να αναγνωρίζει ωμό κοτόπουλο, γάλα και αυγά που είχαν μείνει έξω από το ψυγείο για 24 έως 48 ώρες.

Η e-nose αντιπροσωπεύει πολλαπλά βήματα προόδου σε σχέση με άλλα συστήματα ανίχνευσης αερίων σε ένα τσιπ που μπορεί να χρησιμοποιούν μόνο 2 έως 10 αισθητήρες, ισχυρίζονται οι ερευνητές.

Για παράδειγμα, η e-nose λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου, χάρη σε ημιαγωγούς από νανοσωλήνες άνθρακα – ένα σχεδόν θαυματουργό υλικό που προσφέρει μεγάλη επιφάνεια, επιπλέον αντοχής και ελαφρότητας.

Επιπλέον, η κατασκευή αυτής της τεχνητής «μύτης» απαιτεί μια σχετικά απλή τεχνική που ονομάζεται drop casting, στην οποία οι ερευνητές εφαρμόζουν διάλυμα με νανοσωματίδια πάνω σε τσιπ, το ξεπλένουν και το στεγνώνουν με ένα πιστόλι αζώτου που ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία.

«Η πραγματικά κλιμακώσιμη πλευρά της ηλεκτρονικής μου μύτης είναι ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε όλους αυτούς τους διαφορετικούς τύπους αισθητήριων υλικών, εναποθέτοντάς τα όλα σε ένα μόνο βήμα»

— Carla Bassil

Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη πολλαπλοί δρόμοι βελτίωσης.

Οι ερευνητές έχουν ήδη κάνει πρόοδο στην αποτροπή σύγχυσης κατηγοριών, που μπορεί να μπερδεύει τους καρπούς δέντρων (tree nuts) με τα αράπικα φιστίκια (που είναι όσπρια) – μια ουσιώδης διάκριση, καθώς αυτά συγκαταλέγονται στα εννέα πιο κοινά αλλεργιογόνα στις ΗΠΑ και μπορεί να προκαλέσουν δυνητικά απειλητική για τη ζωή αναφυλαξία.

Ως αποτέλεσμα, αυτή η συνθετική «μύτη» μπορεί τελικά να χρησιμοποιηθεί και για την ανίχνευση αλλεργιογόνων. Αυτό ελπίζεται ότι θα αποτρέψει ορισμένες από τις σχεδόν 3,4 εκατομμύρια επείγουσες επισκέψεις σε νοσοκομεία λόγω τροφικών αλλεργιών που συμβαίνουν κάθε χρόνο στις ΗΠΑ – δηλαδή έναν ασθενή κάθε 10 δευτερόλεπτα.

Επιπλέον, ενώ η e-nose μπορεί να ανιχνεύσει ελάχιστα 0,05 γραμμάρια απομονωμένου καρυδιού, ή περίπου το ένα εκατοστό ενός μόνο καρπού, δεν έχει ακόμη δοκιμαστεί σε πιο σύνθετες συνθήκες. Η ανίχνευση μιας μυρωδιάς καρυδιού ψημένου σε κέικ, ή η αναγνώριση ενός και μόνο χαλασμένου είδους σε ψυγείο γεμάτο τρόφιμα, είναι δυσκολότερες αποστολές.



Η φορητή e-nose που μπορεί μια μέρα να επιτρέψει επιτόπια ανίχνευση ασφάλειας τροφίμων εν κινήσει. (Brandon Sánchez-Mejia/UC Berkeley)

Η ομάδα αναπτύσσει επίσης μια φορητή e-nose που συγχρονίζεται με εφαρμογή smartphone. Πελάτες εστιατορίων που «σαρώνουν» με έναν κυβερνο-ανιχνευτή όσφρησης πάνω από το σούσι τους θα μπορούσαν μια μέρα να γίνουν συνηθισμένη εικόνα στα μαγαζιά εστίασης.

Πόσο θα κόστιζε μια τέτοια συσκευή, και αν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και σε άλλα περιβάλλοντα με λίγους πόρους, παραμένει ανοιχτό. Πολλές τροφιμογενείς ασθένειες οφείλονται σε έλλειψη ψύξης, μολυσμένο νερό ή διακοπτόμενη ηλεκτροδότηση – βασικές ανάγκες που πρέπει να αντιμετωπιστούν.

Δεν υπάρχει όμως λόγος να περιοριστούν οι εφαρμογές της e-nose μόνο στα τρόφιμα. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε δυνητικά να επεκταθεί και στη βιομετρία, για την κατανόηση και την παρακολούθηση οσμών που σχετίζονται με την ανθρώπινη υγεία – κατά το πρότυπο των σκύλων που ειδοποιούν για διαβήτη.

«Η μηχανική μάθηση αποδείχθηκε game changer για την τεχνολογία αισθητήρων, χάρη στις προόδους στις δυνατότητες αναγνώρισης προτύπων και στη μεγαλύτερη ευκολία χρήσης»

— Carla Bassil

«Και το συναρπαστικό είναι ότι μπορείτε να εκπαιδεύσετε την e-nose σε ό,τι αντικείμενα επιλέξετε, οπότε δυνητικά μπορείτε να σχεδιάσετε αισθητήρες προσαρμοσμένους σε οποιαδήποτε εφαρμογή.»

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Science Advances.

Άρθρο του Ivan Farkas, ScienceAlert — έλεγχος γεγονότων: Rachel Garner · επιμέλεια: Clare Watson

---

Πηγή: ScienceAlert — Tiny Device Developed in Berkeley Could Help Save Millions From Food Poisoning