Speciale microdruppeltjes laten, afhankelijk van de aan- of afwezigheid van bacteriën, wel of geen licht door. De bedenkers willen met dit principe een test ontwerpen om de bacterie E. coli ( een bron van veel voedselvergiftigingen) op voedsel te detecteren. Het slimme principe biedt uitzicht op een snelle, goedkope voedseltest.
Aan de basis van de test ligt de uitvinding van een speciaal soort microdruppels. De bekende Amerikaanse universiteit MIT ontwikkelde deze druppels een paar jaar terug. De ronde druppeltjes bestaan uit twee helften met verschillende vloeistoffen: aan de ene kant een koolwaterstof, aan de andere kant een verbinding tussen fluor en waterstof. De druppeltjes kregen de naam ‘Janus-druppels’, naar de Romeinse god Janus, die met twee gezichten wordt afgebeeld.
Als deze druppeltjes op een vloeistof drijven, zal de helft met het koolwaterstof onderaan zitten, omdat dat zwaarder is. Als je de druppels dan van bovenaf bekijkt, zijn ze doorzichtig, doordat licht rechtdoor gaat bij het grensvlak tussen de twee vloeistoffen. Zou je zo’n druppel echter van de zijkant bekijken, dan is hij ondoorzichtig, vanwege de buiging van het licht dat er doorheen gaat (zie foto's rechts).
Druppeltjes hechten aan bacteriën
Van deze eigenschap maken onderzoekers van het MIT (bij Boston) nu slim gebruik, in een samenwerking met collega’s van het Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam, Duitsland. Zij hebben de druppeltjes zo aangepast dat ze hechten aan bepaalde bacteriën. Zijn die aanwezig, dan klonteren de druppeltjes samen, waardoor hun oriëntatie verandert en ze ineens ondoorzichtig worden. Dit kan een mens of een machine waarnemen en op basis hiervan zou een voedseltest ontwikkeld kunnen worden, zo schrijven ze in het tijdschrift ACS Central Science.
Suikermolecuul
Om dit voor elkaar te krijgen, ontwierpen de onderzoekers een suikermolecuul dat aan het oppervlak van een Janus-druppel hecht (aan de koolwaterstof-kant). Het suikermolecuul mannose wil tegelijkertijd hechten aan bepaalde E. Colibacteriën. Dankzij deze slimme truc zullen de Janus-druppeltjes in de aanwezigheid van die bacteriën daarop gaan zitten. Als gevolg daarvan klonteren de druppeltjes samen, waardoor ze veel minder licht doorlaten (zie afbeelding rechts; het kruisje beeldt bacteriën uit).
‘We maken dus eigenlijk gebruik van een natuurlijk fenomeen, namelijk dat de E. Coli-bacterie mannose aan zich wil hechten’, zegt hoogleraar Timothy Swager, die het lab leidt waar de Janus-druppels zijn bedacht.
QR-code
Om te laten zien dat hun principe werkt, stopten de onderzoekers wat druppeltjes in een petrischaaltje, bovenop een QR-code. Zodra daaraan bacteriën werden toegevoegd, was die code niet meer te scannen. Met deze demonstratie lopen ze al een beetje vooruit op de voedseltest die ze voor ogen hebben.
Die test moet bestaan uit rijen met kuiltjes, met in elk kuiltje Janus-druppels die helemaal zijn ontworpen om te hechten aan een bepaalde bacterie. Onderin het kuiltje zit een QR-code die overeenkomt met deze bacterie. Monsters van eenzelfde partij voedingsmiddelen worden nu in alle kuiltjes gedeponeerd, waarna de druppels hun werk doen. Bij elk kuiltje waar de QR-code onleesbaar wordt (zie schema rechts), is de betreffende bacterie dus aanwezig.
Eenvoudige test
Het grote voordeel hiervan is dat de uitvoering van deze test erg eenvoudig is. Voor het vastleggen van de resultaten is enkele een smartphone nodig. ‘Je hebt hier geen speciale instrumenten of training voor nodig. Dus kan de test prima uitgevoerd worden door mensen in de fabriek, vlak voor ze de voedingsmiddelen verzenden’, zegt MIT-student Qifan Zhang, eerste auteur van het artikel.
Dure camera's
Andere manieren om besmet voedsel te herkennen, zijn vaak gebaseerd op dure camera’s die licht van verschillende golflengtes analyseren. Ook daar zit ontwikkeling in; ingenieurs proberen de smartphone geschikt te maken voor voedseltesten (lees de artikelen: ‘Lichtscanner speurt besmet vlees op’ en ‘Smartphone analyseert stoffen’).
Maar de MIT-onderzoekers zitten ondertussen niet stil. Ze werken momenteel aan Janus-druppels met andere suikermoleculen eraan, die zich willen binden aan andere bacteriesoorten. Ook hopen ze de gevoeligheid van hun techniek nog wat te verhogen. En om de slimme methode commercieel beschikbaar te stellen, willen ze binnenkort een bedrijf oprichten.
Beeldmateriaal Jose-Luis Olivares / Qifan Zhang / MIT
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.