La variedad de microagujas de seda que cambia de color podría ayudar a detener los brotes y evitar el desperdicio de alimentos.

Los ingenieros del MIT han diseñado un sensor de alimentos similar a un velcro, hecho de una serie de microagujas de seda, que atraviesa los envases de plástico para tomar muestras de los alimentos en busca de signos de deterioro y contaminación bacteriana.

Las microagujas del sensor están moldeadas a partir de una solución de proteínas comestibles que se encuentran en los capullos de seda y están diseñadas para atraer líquido hacia la parte posterior del sensor, que está impreso con dos tipos de tinta especializada. Uno de estos “biotintos” cambia de color cuando entra en contacto con un fluido de cierto rango de pH, lo que indica que la comida se ha echado a perder; el otro cambia de color cuando detecta bacterias contaminantes como la E. coli patógena.

Los investigadores conectaron el sensor a un filete de pescado crudo que habían inyectado con una solución contaminada con E. coli. Después de menos de un día, descubrieron que la parte del sensor que estaba impresa con bioink con detección de bacterias cambió de azul a rojo, una clara señal de que el pescado estaba contaminado. Después de unas horas más, el bioink, sensible al pH, también cambió de color, lo que indica que el pescado también se había echado a perder.

Los resultados, publicados hoy en la revista Advanced Functional Materials, son un primer paso hacia el desarrollo de un nuevo sensor colorimétrico que puede detectar signos de contaminación y deterioro de los alimentos.
Estos sensores inteligentes de alimentos podrían ayudar a prevenir brotes como la reciente contaminación por salmonela en cebollas y duraznos.

También podrían evitar que los consumidores desechen alimentos que pueden haber pasado la fecha de vencimiento impresa, pero que de hecho siguen siendo consumibles.

Hay una gran cantidad de comida que se desperdicia debido a la falta de un etiquetado adecuado, y tiramos la comida sin saber siquiera si está echada a perder o no”, dice Benedetto Marelli, profesor asistente de desarrollo profesional Paul M. Cook en el Departamento de Ingeniería civil y medioambiental. 

Seda e impresión

El nuevo sensor de alimentos es producto de una colaboración entre Marelli, cuyo laboratorio aprovecha las propiedades de la seda para desarrollar nuevas tecnologías, y Hart, cuyo grupo desarrolla nuevos procesos de fabricación.

Hart desarrolló recientemente una técnica de floxografía de alta resolución, realizando patrones microscópicos que pueden permitir sensores y electrónicos impresos de bajo costo. Mientras tanto, Marelli había desarrollado un sello de microagujas a base de seda que penetra y entrega nutrientes a las plantas. En una conversación, los investigadores se preguntaron si sus tecnologías podrían combinarse para producir un sensor de alimentos impreso que monitorea la seguridad alimentaria.

Evaluar la salud de los alimentos con solo medir su superficie a menudo no es lo suficientemente bueno. En algún momento, Benedetto mencionó el trabajo de microagujas de su grupo con plantas, y nos dimos cuenta de que podíamos combinar nuestra experiencia para hacer un sensor más eficaz ”, recuerda Hart.

El equipo buscó crear un sensor que pudiera perforar la superficie de muchos tipos de alimentos. El diseño que se les ocurrió consistió en una serie de microagujas hechas de seda.

La seda es completamente comestible, no tóxica y puede usarse como ingrediente alimentario, y es lo suficientemente robusta mecánicamente para penetrar a través de un amplio espectro de tipos de tejidos, como carne, duraznos y lechuga”, dice Marelli.

Una detección más profunda

Para hacer el nuevo sensor, Kim primero preparó una solución de fibroína de seda, una proteína extraída de capullos de polilla, y vertió la solución en un molde de microagujas de silicona. Después de secar, retiró la matriz resultante de microagujas, cada una de las cuales medía aproximadamente 1,6 milímetros de largo y 600 micrones de ancho, aproximadamente un tercio del diámetro de una hebra de espagueti.

Luego, el equipo desarrolló soluciones para dos tipos de bioink: polímeros imprimibles que cambian de color que se pueden mezclar con otros ingredientes de detección. En este caso, los investigadores mezclaron en un bioenlace un anticuerpo que es sensible a una molécula de E. coli.

Cuando el anticuerpo entra en contacto con esa molécula, cambia de forma y empuja físicamente el polímero circundante, que a su vez cambia la forma en que el bioink absorbe la luz. De esta manera, el bioink puede cambiar de color cuando detecta bacterias contaminantes.

Los investigadores crearon un bioenlace que contenía anticuerpos sensibles a E. coli y un segundo bioenlace sensible a los niveles de pH asociados con el deterioro. Imprimieron el biotinta con detección de bacterias en la superficie de la matriz de microagujas, en el patrón de la letra “E”, junto a la cual imprimieron el biotinta sensible al pH, como una “C”. Ambas letras aparecieron inicialmente en color azul.

Luego, Kim incrustó poros dentro de cada microaguja para aumentar la capacidad de la matriz de extraer líquido a través de la acción capilar. Para probar el nuevo sensor, compró varios filetes de pescado crudo en una tienda de comestibles local e inyectó cada filete con un líquido que contenía E. coli , Salmonella o el líquido sin contaminantes. Metió un sensor en cada filete. Luego, esperó.

Después de aproximadamente 16 horas, el equipo observó que la “E” cambió de azul a rojo, solo en el filete contaminado con E. coli , lo que indica que el sensor detectó con precisión los antígenos bacterianos. Después de varias horas más, tanto la “C” como la “E” en todas las muestras se pusieron rojas, lo que indica que todos los filetes se habían echado a perder.

Los investigadores también encontraron que su nuevo sensor indica contaminación y deterioro más rápido que los sensores existentes que solo detectan patógenos en la superficie de los alimentos.

“Hay muchas cavidades y agujeros en los alimentos donde están incrustados los patógenos, y los sensores de superficie no pueden detectarlos”, dice Kim. “Así que tenemos que conectarnos un poco más para mejorar la confiabilidad de la detección. Con esta técnica de perforación, tampoco tenemos que abrir un paquete para inspeccionar la calidad de los alimentos “.