Forskare har använt de fossiliserade resterna av alger för att ta ett viktigt steg mot att mer känsligt kunna upptäcka skadliga föroreningar i mat.

Fynden är viktiga eftersom statistiken för livsmedelsburna sjukdomar målar upp en skarp bild:Varje år blir 48 miljoner människor sjuka av smutsad mat, 128, 000 hamnar på sjukhuset, och 3, 000 dör, enligt Centers for Disease Control and Prevention.

Arbetet av Alan Wang från Oregon State Universitys College of Engineering och samarbetspartners i Kina involverade diatomit, som härrör från fossiliserade cellväggar av kiselalger, och guld nanopartiklar.

Kiselalger, vars arter är mer än 200, 000, har stor potential för biosensing, med sina invecklade cellväggar, känd som frustler, erbjuder lovande nanotekniktillämpningar.

Diatomit, Wang noterar, "består huvudsakligen av hydratiserad biokiseldioxid med periodiska nanoporer och den har fotoniska kristallegenskaper."

Dessa egenskaper gör det möjligt för nanostrukturen att ändra ljusets rörelse - tänk på skimrandet av opaler, ädelstenar som kiselalgerfrustler har jämförts med.

"I denna forskning, de fotoniska kristallegenskaperna förbättrar den optiska fältintensiteten, vilket innebär detektering med större känslighet, sa Wang, docent i el- och datateknik.

Forskare använde diatomit som matrisen för en tunnskiktskromatografiplatta och även som substrat för ytförstärkt Raman-spridning.

tunnskiktskromatografi, eller TLC, är en långvarig, enkel teknik som används i stor utsträckning vid separation av små molekyler, och ytförstärkt Raman-spektroskopi, känd som SERS, är en detektionsplattform för kemiska och biologiska agens.

"I tandem, SERS och TLC kan skapa en kraftfull metod för identifiering av föroreningar på plats som är enkel och snabb och som inte kräver någon komplicerad provförbehandling, " sa Wang.

Wang och forskare vid två universitet i Kina - Liaoning Shihua University och Shandong University of Science and Technology - konstruerade en "lab on a chip" fotonisk kristallenhet som framgångsrikt övervakade histamin i lax och tonfisk.

"Histamin kommer från nedbrytningen av köttet, " Wang sa. "Den har ingen lukt och ingen smak och konsumtion resulterar i symptom som huvudvärk och hudutslag. Färsk fisk innehåller vanligtvis försumbara mängder histamin, men vissa fiskar som tonfisk och sardiner är särskilt känsliga för att producera den om de inte förvaras ordentligt före konsumtion."

Inte bara är det omöjligt för människor att veta om de äter histamin, historiskt har det också varit svårt att upptäcka det vetenskapligt.

"I lösningen är det väldigt enkelt, men begravd i mat är det väldigt svårt helt enkelt på grund av alla bakgrundsstörningar som härrör från köttets komplicerade komponenter, " sa han. "Proteiner, fetter, kolhydrater, de döljer alla histaminsignalen när du försöker upptäcka det."

Men de fotoniska kristallegenskaperna hos diatomit fungerar som en innovativ, kraftfull förstärkare för optisk detektering.

"Guldnanopartiklarna och kiselalgerskiktet ger nästan 10 gånger SERS-signalintensiteten jämfört med en vanlig kiselgelkromatografiplatta, ", sade Wang. "Vi gjorde en enkel och billig anordning för att isolera och identifiera föroreningar. Denna on-chip-enhet kan användas som en billig och robust biosensor för att övervaka en mängd olika skadliga ingredienser i livsmedelsprover."