Spinout søger at omdanne test af fødevaresikkerhed

"Dette er et marked på 10 milliarder dollars, og alle ved det." Det er Chris Hartshorns ord, Administrerende direktør for en ny MIT -spinout - Xibus Systems - der har til formål at lave et sprøjt i fødevareindustrien med deres nye fødevaresikkerhedssensor.

Hartshorn har stor erfaring med at understøtte innovation inden for landbrug og fødevareteknologi. Inden han kom til Xibus, han fungerede som teknologichef for Callaghan Innovation, et newzealandsk regeringsagentur. En stor del af landets økonomi er afhængig af landbrug og fødevarer, så en betydelig del af innovationsaktiviteten dér er fokuseret på disse sektorer.

Mens der, Hartshorn kom i kontakt med en række forskellige fødevaresikkerhedsteknologier, der allerede var på markedet, sigter på at imødekomme behovene hos newzealandske producenter og andre over hele kloden. Endnu, "hver gang der var en patogen-baseret mad tilbagekaldelse" siger han, "det kastede lys over det faktum, at dette problem endnu ikke er løst."

Han så innovatører over hele verden forsøge at udvikle en bedre fødevarepatogensensor, men da Xibus Systems henvendte sig til Hartshorn med en invitation til at blive administrerende direktør, han så noget unikt i deres tilgang, og besluttede at acceptere.

Nye flydende partikler giver hurtig indikation af fødevareforurening

Xibus Systems blev dannet i efteråret 2018 for at bringe en hurtig, let, og teknologi til fødevaresikkerhedsmåling til en overkommelig pris til brugere i fødevareindustrien og daglige forbrugere. Udviklingen af ​​teknologien, baseret på MIT forskning, blev støttet af to kommercialiseringstilskud gennem MIT Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Labs J-WAFS Solutions-program. Det er baseret på specialiserede dråber - kaldet Janus -emulsioner - der kan bruges til at opdage bakteriel kontaminering i mad. Brugen af ​​Janus-dråber til at opdage bakterier blev udviklet af et forskerhold ledet af Tim Swager, John D. MacArthur professor i kemi, og Alexander Klibanov, Novartis professor i biologisk teknik og kemi.

Swager og forskere i hans laboratorium udviklede oprindeligt metoden til fremstilling af Janus-emulsioner i 2015. Deres idé var at skabe en syntetisk partikel, der har de samme dynamiske kvaliteter som overfladen af ​​levende celler.

Væskedråberne består af to halvkugler af samme størrelse, en lavet af en blåtonet fluorcarbon og en lavet af en rødtonet kulbrinte. Halvkuglerne har forskellig tæthed, hvilket påvirker, hvordan de justeres, og hvor uigennemsigtige eller gennemsigtige de fremstår, når de ses fra forskellige vinkler. De er, træde i kræft, linser. Hvad gør disse mikrolinser særligt unikke, imidlertid, er deres evne til at binde sig til specifikke bakterielle proteiner. Deres bindingsegenskaber gjorde det muligt for dem at bevæge sig, vende fra en rød halvkugle til blå baseret på tilstedeværelsen eller fraværet af en bestemt bakterie, som Salmonella.

"Vi var begejstrede for designet, " siger Swager. "Det er en helt ny sensingsmetode, der virkelig kunne forvandle markedet for sensing af fødevaresikkerhed. Det viste hurtigere resultater end noget andet tilgængeligt på markedet i øjeblikket, og kunne stadig produceres til meget lave omkostninger."

Janus-emulsioner reagerer usædvanligt hurtigt på forurenende stoffer og giver kvantificerbare resultater, der er synlige for det blotte øje eller kan aflæses via en smartphone-sensor.

"Teknologien er forankret i meget interessant videnskab, " siger Hartshorn. "Det, vi gør, er at forene denne videnskabelige opdagelse med et konstrueret produkt, der opfylder et ægte behov, og som forbrugerne faktisk vil adoptere."

Efter allerede at have sikret næsten $ 1 million i frøfinansiering fra en række forskellige kilder, og også blive accepteret i Sprout, en højt respekteret agro-food accelerator, de er kommet hurtigt i gang.

Løsning af en milliardindustriudfordring

Hvorfor betyder hastigheden noget? Inden for fødevaresikkerhedstest, standardpraksis er at dyrke fødevareprøver for at se, om der dannes skadelige bakteriekolonier. Denne proces kan tage mange dage, og kan ofte kun udføres offsite i et specialiseret laboratorium.

Mens der findes hurtigere teknikker, de er dyre og kræver specialiserede instrumenter – som ikke er almindeligt tilgængelige – og kræver stadig typisk 24 timer eller mere fra start til slut. I tilfælde, hvor der er en lang forsinkelse mellem fødevareprøvetagning og påvisning af forurenende stoffer, fødevarer kunne allerede have nået forbrugernes hænder - og forstyrre deres mave. Mens sygdoms- og dødsfald, der kan opstå som følge af fødevarebåren sygdom, er alarmerende nok, der er også andre omkostninger. Tilbagekaldelse af mad resulterer i enormt spild, ikke kun af fødevareprodukterne selv, men af ​​arbejdskraft og ressourcer, der er involveret i deres vækst, transport, og behandling. Madtilbagekaldelser indebærer også tabt fortjeneste for virksomheden. Nordamerika alene taber 5 milliarder dollars årligt i tilbagekaldelser, og det tæller ikke de indirekte omkostninger forbundet med den skade, der opstår på bestemte mærker, herunder tab af markedsandele, der kan vare i årevis.

Fødevareindustrien ville drage fordel af en sensor, der kunne give hurtige og nøjagtige aflæsninger af tilstedeværelsen og mængden af ​​bakteriel forurening på stedet. Swager Groups Janus emulsionsteknologi har mange af de elementer, der kræves for at opfylde dette behov, og Xibus Systems arbejder på at forbedre hastigheden, nøjagtighed, og overordnet produktdesign for at gøre sensoren klar til markedet.

To andre J-WAFS-finansierede forskere har hjulpet med at forbedre effektiviteten af ​​tidlige produktdesigns. Mathias Kolle, adjunkt i Institut for Maskinteknik ved MIT og modtager af et særskilt 2017 J-WAFS frøbevilling, er ekspert i optiske materialer. I 2018, han og hans kandidatstuderende Sara Nagelberg udførte beregningerne, der beskrev lysets interaktion med Janus-partiklerne, så Swagers team kunne ændre designet og forbedre ydeevnen. Kolle fortsætter med at være involveret, tjener sammen med Swager på det tekniske rådgivningsteam for Xibus.

Denne indsats var en ny retning for Swager-gruppen. Swager siger:"Den teknologi, vi oprindeligt udviklede, var fuldstændig hidtil uset. På det tidspunkt, hvor vi ansøgte om en J-WAFS Solutions-bevilling, vi arbejdede i nyt territorium og havde minimale foreløbige resultater. På det tidspunkt, vi ville ikke have klaret det, for eksempel, offentlige finansieringsanmeldelser, som kan være konservative. J-WAFS sponsorering af vores projekt på dette tidlige stadium var afgørende for at hjælpe os med at opnå de teknologiske innovationer, der tjener som grundlaget for denne nye startup."

Xibus medstifter Kent Harvey – også medlem af det oprindelige MIT-forskerhold – får selskab af Matthias Oberli og Yuri Malinkevich. Sammen med Hartshorn arbejder de på en prototype til den første markedsadgang. De er faktisk ved at udvikle to forskellige produkter:en smartphone-sensor, der er tilgængelig for daglige forbrugere, og en bærbar håndholdt enhed, der er mere følsom og ville være velegnet til industrien. Hvis de er i stand til at bygge en succesrig platform, der opfylder branchens behov for overkommelige priser, nøjagtighed, brugervenlighed, og fart, de kunne anvende denne platform til enhver situation, hvor en bruger skulle analysere organismer, der lever i vand. Dette åbner op for mange sektorer inden for biovidenskab, herunder vandkvalitet, jordsans, veterinær diagnostik, samt flydende diagnostik til den bredere sundhedssektor.

Xibus -teamet vil sømme deres produkt lige fra flagermuset.

"Da fødevaresikkerhedsregistrering er et overfyldt felt, du får kun en chance for at imponere dine potentielle kunder, " siger Hartshorn. "Hvis dit første produkt er mangelfuldt eller ikke interessant nok, det kan være meget svært at åbne døren med disse kunder igen. Så vi skal være sikre på, at vores prototype er en game-changer. Det er det, der holder os vågne om natten."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.