В США разработаны очки ReVeal для обнаружения поверхностей, заражённых патогенами, и испорченных продуктов путём сканирования флуоресценции бактерий, грибков и вирусов.
ReVeal разработал американский медик Ливью Штейер из Университета Пенсильвании по заказу нью-йоркской фирмы Designs for Vision. С помощью этих очков профессионал по безопасности пищевой продукции сможет оценить помещение на присутствие патогенов (сальмонеллы, листерии, кишечной палочки и других) и принять меры по борьбе с ними.
По цвету свечения поверхности пользователь сможет понять, как лучше проводить дезинфекцию. Так, популяция кишечной палочки будет светиться жёлто-зелёным, и профессионал поймёт, что продукт нужно отозвать.
«Визуализация патогенов – это более эффективный метод борьбы с ними, чем поголовная обработка сырья (например, животных) медикаментами», – заявил Штейер после 30-летнего составления базы данных.
Число методов обнаружения патогенов и следов их деятельности на пищевых предприятиях не ограничено. Использование флуоресценции с помощью ReVeal должно дополнить, а не заменить существующие методы.
С чего началась разработка
Во время летнего отпуска Штейер купил для своей семьи сыр бри. Половину этого сыра съели сразу, но случилось так, что вся семья уехала на несколько недель, и всё это время вторая половина пролежала в холодильнике. Вернувшись, Штейер обнаружил, что сыр заражён бактериями.
Он решил провести эксперимент. Взяв другой сыр – горгонзолу с плесенью – он оставил его на солнце на несколько дней. На этот раз он не мог заметить невооружённым глазом, что сыр испортился. Тогда Штейер облучил сыр ультрафиолетом (с помощью технологии, которую сам разработал несколько лет назад для медицинских целей) и смог в точности понять: какие области куска прогнили, насколько, что вызвало гниль.
Штейер повторил эксперимент с яйцом, на неделю погрузив его в колу, кислоты которой постепенно разрушают минералы на яичной скорлупе (так же, как на зубах людей, которые часто пьют колу). Результаты удивили даже самого Штейера.
«Флуоресценция может помочь с обнаружением разных признаков того, что продукт испорчен, – объясняет он, – от потери минералов до роста патогенов. Такое свечение является схемой, которую можно использовать для безопасности пищевой продукции.
Рисунок 1. Фотографии яйца и скриншоты через ReVeal в разные моменты времени. Деминерализация через ReVeal (обозначенная фиолетовым) видна на 4 дня раньше, чем стала заметной на глаз.
Как это работает
Пищевой продукт начинает гнить из-за накопления патогенов или структурных потерь – таких, как вышеописанная деминерализация яичной скорлупы. Флуоресценция, то есть свечение под воздействием ультрафиолета, обусловлена молекулярным поглощением энергии, которая вызывает эмиссию фотонов с большей длиной волны (то есть в видимом диапазоне).
Эмиссия фотонов с необработанной флуоресцентной поверхности называется первичной флуоресценцией. Штейер пояснил, что фильтры на очках ReVeal (такие же, как на разработанных им хирургических лупах) позволяют обнаруживать первичную флуоресценцию. Свет, излучаемый при определённой длине волны, возбуждает облучённый материал и вызывает автофлуоресценцию.
Флуоресценцию яйца вызывают присутствующие в скорлупе эндогенные флуорофоры, которые и являются источником свечения, показанного на скриншотах. Когда скорлупа портится, минералы в скорлупе повреждаются, и свечение ослабевает. Так с помощью ReVeal можно установить – испортилось оно или нет.
Многие бактерии, например, золотистый стафилококк, сами обладают флуоресценцией, выделяя порфирины при определённых длинах волн. Прибор ReVeal оснащён излучателем, который даёт требуемые длины волн для возбуждения порфиринов и позволяет обнаруживать популяции патогенов на любой поверхности. С помощью разных длин волн можно визуализировать разные группы патогенов: вирусы, грибки, бактерии.
«Требуемая длина волны зависит от того, какие молекулы нужно визуализировать, – объясняет Кен Браганча, вице-президент Designs of Vision, принявший участие в разработке ReVeal. – Поэтому длину волны можно настраивать для обнаружения разных патогенов».
Дальнейшие возможности
С помощью такой технологии можно даже дезинфицировать поверхности, если объединить её с фотосенсибилизацией. Команда литовских химиков описала такую обработку поверхностей с использованием фотоактивных органических веществ, таких, как акридин оранжевый, метилен синий или гематопорфирин.
Эти фотосенсибилизаторы, накапливаясь в популяции целевого микроорганизма, уничтожают её под воздействием видимого света при нормальном количестве кислорода в воздухе. Сочетание этих нетоксичных веществ, красок, света и воздуха наносит урон патогенам, но не самому продукту.
По словам Штейера, флуоресценцию можно также использовать для идентификации заражения биоплёнками:
«Патогенные бактерии, из которых состоят опасные биоплёнки – кишечная палочка, сальмонелла, листерия и так далее – выделяют порфирины. Такие биоплёнки могут присутствовать на сыром мясе из-за загрязнения фекальными частичками».
С помощью ReVeal можно не только обнаруживать биоплёнки, но и проверять, насколько эффективными оказались методы чистки и дезинфекции. Штейер уверен, что его технология станет новым словом в безопасности пищевой продукции, потому что она надёжная, простая в использовании и недорогая.
Технологии, использованные в ReVeal – не новые, но портативность этого гаджета позволить заменить им большие и дорогие ультрафиолетовые микроскопы, которые сейчас принято использовать для сканирования флуоресценции.
Основной помехой является недостаточность образования среди потенциальных пользователей.
«Флуоресцентное тестирование – это относительно новый метод обнаружения патогенов, – рассказывает Браганча. – Гаджет, который позволит вам видеть микроорганизмы, кажется фантастикой. Ключом к принятию этой технологии станет образование».
