Ny papirbaseret teknologi giver pålidelig, lavpris måling af jernniveauer i berigede fødevarer

Mange lavindkomstlande har henvendt sig til massefødevareberigelsesprogrammer for at afhjælpe næringsstofmangel i deres befolkninger. Men mange af disse programmer mangler de nødvendige ressourcer til at afgøre, om den passende mængde næringsstoffer konsekvent er til stede i disse fødevarer.

Et team af forskere fra University of Illinois har udviklet en overkommelig, pålidelig papirbaseret sensor, der fungerer med en mobiltelefon-app – også udviklet ved U af I – til at registrere niveauer af jern i berigede fødevarer.

Den nye teknologi kombinerer kemi, ingeniørarbejde, ernæring, og fødevarevidenskab til at udvikle den farveskiftende papirsensor, der kan registrere jern i mad, sammen med informationsteknologi for at udvikle den brugervenlige mobiltelefon-app, der er tilgængelig i lavindkomstindstillinger.

Anna Waller, en ph.d.-kandidat ved Institut for Fødevarevidenskab og Human Ernæring, og IGNITE Lab, ledet undersøgelsen, som er publiceret i tidsskriftet Næringsstoffer .

"Vi studerer befæstelsesprogrammer som et middel til at reducere mikronæringsstofmangel i lavindkomstlande, " Waller forklarer. "En af opfordringerne til handling for at forbedre effektiviteten eller succesen af ​​disse programmer er at øge overvågningen og evalueringen af ​​disse programmer, som mangler i mange lavindkomstmiljøer. Men at gøre det involverer så meget laboratorieinfrastruktur og personale, som ofte ikke er tilgængelig i disse indstillinger."

Juan Andrade, en lektor i ernæring i afdelingen og medforfatter til undersøgelsen, forklarer, at tillid mellem forbrugere, de virksomheder, der forarbejder fødevareprodukterne, og regeringerne, der regulerer befæstningsprogrammerne, er nøglen. Den nye teknologi, han siger, adresserer den tillid.

"I sidste ende har du et værktøj, som alle er enige om, det er gyldigt, enkel, og lavpris, som giver dig resultater på en mobiltelefon. Hvis telefonen kan oprette forbindelse til skyen, og skyen er forbundet til et regeringskontor eller virksomhedens kontor, de kan overvåge og vedligeholde de optegnelser, der understøtter deres påstande. Alt samles og opbevares. Der er ikke plads til uenighed. Derfor er dette en fantastisk teknologi at skabe."

Waller begyndte med at se på forskellige typer biosensorer. "Den papirbaserede sensor skilte sig virkelig ud ved, at den så ud til at være den billigste og enkleste at bruge, som stemmer overens med Verdenssundhedsorganisationens kriterier for udvikling af disse typer teknologier, " tilføjer hun.

En af de største forhindringer, Waller siger, besluttede, hvilket papirsubstrat der skulle bruges. Hun så i tidligere undersøgelser af papirbaserede sensorer, at hydrofile papirer, som absorberer vand, bruges oftest. "Fordi vi måler tilsat jern i en tørret madmatrix, vi skulle først opløse det i en sur opløsning. Imidlertid, da vi brugte det hydrofile papir, farvepletten, der udviklede sig, var meget inkonsekvent, og farven var ikke let at måle, fordi prøven spredte sig på det hydrofile papir, " siger Waller.

Hun fortsatte med at teste papirer, der ville understøtte udviklingen af ​​den farveplet, de målte, og satte sig på et hydrofobt papir, som er indstøbt med silikone. Dette reducerede heterogeniteten af ​​farvepletten på papiret, og gav et mere nøjagtigt og pålideligt output.

Ved at bruge sin baggrund i kemi, hun undersøgte derefter forskellige reaktioner med jern, der kunne frembringe en synlig farveændring på papiret, lander på ferrozinreaktionen, som virker i det bredeste temperaturområde. Hun reducerede mængden af ​​væsker i opløsningen til en lille mikroliter mængde, læg det på papiret, og tørrede det.

Andrade forklarer, "Denne metode har færre forstyrrelser [med andre næringsstoffer]. Den har en lys magentafarve. Så når du ser udtværingen på papirerne, alt er koncentreret. Det er derfor, farven er så levende, og det tørrer hurtigt. Farven er meget stabil og forbliver den samme, når den tørrer.

"Det tog et stykke tid at finde ud af, hvilken metode, for hvis farven forsvinder, vi er færdige, " tilføjer han. "Dette er en meget stabil reaktion, og farven har holdt sig stabil i to år."

Denne proces resulterede i den papirbaserede analyse, der ændrer farve som reaktion på jern i berigede fødevarer. Forskerne brugte tanzanisk hvedemel og modermælkserstatning, der allerede var blevet beriget, til at teste deres sensor. De berigede majsmel i undersøgelsen med jern til niveauer, som Verdenssundhedsorganisationen anbefaler.

Holdet modtog også et tilskud fra ADM Institute for Postharvest Loss til at udvikle en smartphone-app, i samarbejde med U of I Technology Services, for at kvantificere denne farveændring ved hjælp af smartphone-applikationen. Med en mobiltelefon, dem, der ville vurdere næringsstofniveauer i berigede fødevarer, tage et billede af papirsensoren, efter farver dukker op, og appen analyserer jernniveauerne.

Traditionelt, guldstandardmetoden til måling af jern i fødevareprøver, Andrade forklarer, er brugen af ​​atomabsorptions- eller emissionsspektroskopi. Imidlertid, denne type analyse kan være dyr, kræver uddannet personale, og findes normalt kun i laboratorier på universiteter eller private industrier.

Men Andrade forklarer, at smartphones er tilgængelige i lav-ressource indstillinger. "Undersøgelser viser, at der er en penetration af mobiltelefoner i lavindkomstlande. Vi har været der, og vi forstår sammenhængen, så det tager vi med til designet af disse papirbaserede teknologier."

Waller rejste til Mexico på et Fulbright Fellowship for at validere sensorens nøjagtighed og konsistens i detektering af jern ved hjælp af fødevarer fra et egentligt berigelsesprogram, i sammenligning med den traditionelle metode til evaluering af næringsstofniveauer. Udover at udvikle et billigt prøveforberedelseskit, der leverer gyldigt, nøjagtig, og pålidelige målinger, et af de eksperimenter, hun lavede i Mexico, var at sammenligne, hvordan smartphone-appens resultater sammenlignet med resultaterne på en stationær computer ved hjælp af software.

"Et af aspekterne offentliggjort i dette papir er den problemfri overgang fra en desktop- til en smartphone-baseret analyse uden at bringe sensorens ydeevne og validitet i fare, " siger Andrade. "I vores indledende undersøgelser, vi tog et billede med en mobiltelefon eller kamera, digitaliserede det, og analyserede det ved hjælp af computersoftware. Men hvad nu hvis telefonen selv laver analysen i stedet for at tage den til en stationær computer? Vil den opnåede værdi være den samme? Det var det, vi skulle teste, og svaret er ja."

Andrade tilføjer, at valideringen af ​​papirbaserede analyser er nøglen. "Mange laboratorier udvikler innovative detektionsplatforme, men få validerer deres teknologier på området, " han tilføjede.

Papiret, "Udvikling af en papirbaseret sensor, der er kompatibel med en mobiltelefon til påvisning af almindelige jernformler i berigede fødevarer inden for ressourcebegrænsede indstillinger, " er offentliggjort i Næringsstof .