Chemosensoren zeigen Lebensmittel-Kontaminanten an

Die Qualitätssicherung in der Lebensmittelindustrie erfordert zuverlässige, schnelle und kostengünstige Methoden, um chemische Schadstoffe wie Pestizide, Drogen oder Arzneimittelrückstände in Rohstoffen wie etwa Milch, Weizen oder Honig frühzeitig zu erkennen. Aktuelle Lieferketten sind komplex und Verunreinigungen können erhebliche wirtschaftliche Schäden verursachen, wenn belastete Primärstoffe erst spät identifiziert werden.

Stand der Technik

Der Standard in der Analytik beruht überwiegend auf chromatographischen Verfahren. Diese Methoden sind zeitaufwändig, kostenintensiv, da spezielle Laborgeräte und geschultes Fachpersonal benötigt werden, und erfordern eine umfangreiche Vorbereitung der Proben. Sie liefern detaillierte Stoffidentifikationen, sind aber nicht geeignet für schnelle Entscheidungen entlang der Produktionskette oder für mobile Testsituationen. Bestehende Schnelltests setzen oft auf biologische Erkennungssysteme wie Antikörper, die auf Elektrodenoberflächen immobilisiert werden. Der hohe Aufwand verhindert massentaugliche Anwendungen.

Technologie

Forschende des KIT am Institut für Nanotechnologie (INT) haben ein einfaches, robustes und preiswertes elektrochemisches Schnelltestverfahren entwickelt. Es basiert auf Chemosensoren, die aus einem fassförmigen Makrozyklus-Molekül bestehen. Dieses besitzt einen Hohlraum, in den ein Indikator stabil gebunden ist, der nur ein schwaches elektrochemisches Signal erzeugt. Ist ein Analyt – etwa ein Pestizid – in der Probe vorhanden, bindet dieser stärker an den Makrozyklus als der Indikator. Der Analyt verdrängt den Indikator aus dem Hohlraum und nimmt dessen Platz ein. Der freigesetzte Indikator ist leicht oxidierbar, wodurch ein starkes Stromsignal entsteht. Der Sensor zeigt so auch bei niedrigen Konzentrationen zuverlässig an, dass eine Kontamination vorliegt, ohne Schadstoffe spezifisch identifizieren zu müssen.

Vorteile

Diese elektrochemische Analyse ist hochsensitiv und erfolgt innerhalb weniger Sekunden mit minimaler Vorbereitung direkt in der Probe. Proben müssen ggf. verflüssigt oder filtriert werden. Das Messsystem benötigt lediglich eine Standard-Miniaturelektrode. Fachpersonal ist nicht nötig. Darüber hinaus eignet es sich für Point-of-Care-Anwendungen, etwa die rasche Überprüfung von Flüssigkeiten vor Ort.

Optionen für Unternehmen

Das KIT sucht Partner aus der Lebensmittelindustrie, Qualitätskontrolle und Diagnostik zur Herstellung marktreifer Testkits, Entwicklung kompakter Messgeräte oder Integration in bestehende Qualitätssicherungsprozesse.