Ταχεία ανίχνευση επικίνδυνων βακτηρίων στο γάλα με φορητή ελληνική τεχνολογία χαμηλού κόστους
Το γάλα αποτελεί τρόφιμο υψηλής κατανάλωσης και η μικροβιακή του ασφάλεια είναι κρίσιμη, καθώς η μόλυνση από Salmonella typhimurium και Escherichia coli O157:H7 συνδέεται με σοβαρές τροφιμογενείς λοιμώξεις. Η Salmonella typhimurium προκαλεί μη τυφοειδή σαλμονέλλωση, με συμπτώματα όπως πυρετό, κοιλιακό άλγος και διάρροια, ενώ η Escherichia coli O157:H7 παράγει τοξίνες Shiga που μπορούν να οδηγήσουν σε αιμορραγική κολίτιδα και αιμολυτικό ουραιμικό σύνδρομο. Η ευρωπαϊκή νομοθεσία επιβάλλει μηδενική ανοχή για Salmonella στο γάλα και εξαιρετικά χαμηλά όρια για τα εντεροβακτηριοειδή, γεγονός που καθιστά αναγκαία την ύπαρξη γρήγορων και αξιόπιστων μεθόδων ανίχνευσης.
Νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Food Control, αφορά την ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός φορητού φωτονικού ανοσοαισθητήρα για την ταυτόχρονη ανίχνευση των παθογόνων βακτηρίων Salmonella typhimurium και Escherichia coli O157:H7 σε δείγματα γάλακτος. Το έργο υλοποιήθηκε από ερευνητές του Immunoassays–Immunosensors Lab του Ινστιτούτου Πυρηνικών και Ραδιολογικών Επιστημών & Τεχνολογίας, Ενέργειας & Ασφάλειας του Εθνικού Κέντρου Έρευνας Φυσικών Επιστημών «Δημόκριτος», σε συνεργασία με το Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας του Τμήματος Χημείας του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών και το Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης & Νανοτεχνολογίας του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος». .
Η τεχνολογία που αναπτύχθηκε βασίζεται σε ένα πολύ μικρό chip από πυρίτιο, πάνω στο οποίο υπάρχουν δύο ανεξάρτητοι αισθητήρες. Κάθε αισθητήρας είναι «ρυθμισμένος» να αναγνωρίζει διαφορετικό βακτήριο. Ο ένας αντιδρά μόνο παρουσία Salmonella και ο άλλος μόνο παρουσία Escherichia coli. Αυτό επιτυγχάνεται επειδή στην επιφάνειά τους έχουν προσαρτηθεί μόρια από το εξωτερικό περίβλημα των συγκεκριμένων βακτηρίων, τα οποία λειτουργούν σαν παγίδες.
Το chip συνδέεται με μια απλή πηγή λευκού φωτός LED και ένα όργανο που καταγράφει τις αλλαγές στο φως. Όταν το chip βυθιστεί στο δείγμα γάλακτος, τυχόν βακτήρια που υπάρχουν δεσμεύονται στους αισθητήρες και προκαλούν μετρήσιμη μεταβολή στο φως που περνά μέσα από το chip. Η διαδικασία γίνεται με απευθείας εμβάπτιση στο δείγμα, χωρίς σωληνάκια, αντλίες ή πολύπλοκο εξοπλισμό.
Η ανίχνευση βασίζεται σε αντίδραση αντισωμάτων. Το δείγμα αναμειγνύεται πρώτα με ειδικά αντισώματα που «κολλάνε» στα βακτήρια. Στη συνέχεια, το chip έρχεται σε επαφή με το μείγμα και ακολουθούν δύο σύντομα βήματα που ενισχύουν το σήμα, ώστε η παρουσία των βακτηρίων να καταγράφεται καθαρά. Όλη η διαδικασία διαρκεί περίπου 15 λεπτά. Όταν απαιτείται ανίχνευση ακόμα και ενός μόνο βακτηρίου, το δείγμα προηγουμένως αφήνεται για περίπου 8 ώρες σε κατάλληλο υγρό και θερμοκρασία, ώστε τα βακτήρια να πολλαπλασιαστούν σε επίπεδα που μπορούν να ανιχνευθούν.
Η απόδοση του συστήματος δοκιμάστηκε σε αγελαδινό γάλα διαφορετικού τύπου, όπως παστεριωμένο και υψηλής θερμικής επεξεργασίας. Ο αισθητήρας μπορούσε να εντοπίσει πολύ μικρές ποσότητες βακτηρίων. Από 45 βακτήρια ανά χιλιοστόλιτρο για τη Salmonella και από 125 βακτήρια ανά χιλιοστόλιτρο για την Escherichia coli. Παράλληλα, μπορούσε να μετρήσει με αξιοπιστία και πολύ υψηλότερες συγκεντρώσεις βακτηρίων.
Οι μετρήσεις ήταν σταθερές και επαναλαμβανόμενες, με μικρές αποκλίσεις μεταξύ επαναλήψεων, γεγονός που δείχνει ότι το σύστημα δίνει αξιόπιστα αποτελέσματα. Όταν στο γάλα προστέθηκαν γνωστές ποσότητες βακτηρίων, ο αισθητήρας τις ανίχνευσε με ακρίβεια, ανεξάρτητα από το είδος του γάλακτος. Επιπλέον, το ίδιο chip μπορούσε να καθαριστεί και να χρησιμοποιηθεί ξανά έως και δέκα φορές, με απλή έκπλυση σε ειδικά υγρά, χωρίς να χάνει την απόδοσή του.
Στο άρθρο παρουσιάζεται επίσης συστηματική σύγκριση του αναπτυγμένου ανοσοαισθητήρα με άλλους οπτικούς, χωρίς ετικέτες, αισθητήρες που έχουν αναφερθεί στη διεθνή βιβλιογραφία για την ανίχνευση Salmonella και Escherichia coli στο γάλα, όπως συστήματα επιφανειακού πλασμονικού συντονισμού, απεικονιστικού SPR, οπτικών ινών, SERS και ολοκληρωμένων συμβολομέτρων Mach–Zehnder. Η σύγκριση δείχνει ότι η προτεινόμενη λύση επιτυγχάνει συνδυασμό χαμηλών ορίων ανίχνευσης, σύντομου χρόνου ανάλυσης και απλοποιημένης διάταξης, χωρίς την ανάγκη πολύπλοκων ρευστομηχανικών συστημάτων, με χαμηλό εκτιμώμενο κόστος μαζικής παραγωγής του chip.
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης και εθνικούς πόρους μέσω του προγράμματος «Έρευνα – Δημιουργία – Καινοτομία», καθώς και από το πρόγραμμα Horizon 2020 της Ευρωπαϊκής Ένωσης μέσω δράσης Marie Skłodowska-Curie.
Σύνδεσμος για την επιστημονική δημοσίευση https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956713525008138
Αναφορά: Dimitra Kourti, Michailia Angelopoulou, Eleni Makarona, Anastasios Economou, Panagiota Petrou, Konstantinos Misiakos, Sotirios Kakabakos, Portable photonic immunosensor for the simultaneous detection of Escherichia coli and Salmonella typhimurium in milk samples, Food Control, Volume 183, 2026, 111944,
ISSN 0956-7135, https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2025.111944.
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956713525008138)
