"Det här är en marknad på 10 miljarder dollar och det vet alla." Det är Chris Hartshorns ord, VD för en ny spinout från MIT – Xibus Systems – som siktar på att göra ett språng i livsmedelsindustrin med sin nya matsäkerhetssensor.

Hartshorn har stor erfarenhet av att stödja innovation inom jordbruk och livsmedelsteknologi. Innan du gick med i Xibus, han tjänstgjorde som teknisk chef för Callaghan Innovation, en nyzeeländsk statlig myndighet. En stor del av landets ekonomi är beroende av jordbruk och livsmedel, så en betydande del av innovationsverksamheten där är inriktad på dessa sektorer.

Medan där, Hartshorn kom i kontakt med ett antal olika avkänningstekniker för livsmedelssäkerhet som redan fanns på marknaden, som syftar till att möta behoven hos Nya Zeelands producenter och andra runt om i världen. Än, "varje gång det var en patogenbaserad matåterkallelse", säger han, "det lyste upp det faktum att det här problemet ännu inte är löst."

Han såg innovatörer över hela världen försöka utveckla en bättre matpatogensensor, men när Xibus Systems kontaktade Hartshorn med en inbjudan att gå med som VD, han såg något unikt i deras tillvägagångssätt, och bestämde sig för att acceptera.

Nya flytande partiklar ger snabb indikation på förorening av livsmedel

Xibus Systems bildades hösten 2018 för att få en snabb, lätt, och prisvärd matsäkerhetsavkännande teknologi för livsmedelsindustrins användare och vardagliga konsumenter. Utvecklingen av tekniken, baserat på MIT-forskning, fick stöd av två kommersialiseringsanslag genom MIT Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Labs J-WAFS Solutions-program. Den är baserad på specialiserade droppar – kallade Janus-emulsioner – som kan användas för att upptäcka bakteriell kontaminering i mat. Användningen av Janus-droppar för att upptäcka bakterier har utvecklats av en forskargrupp ledd av Tim Swager, John D. MacArthur professor i kemi, och Alexander Klibanov, Novartis professor i biologisk teknik och kemi.

Swager och forskare i hans labb utvecklade ursprungligen metoden för att göra Janus-emulsioner 2015. Deras idé var att skapa en syntetisk partikel som har samma dynamiska egenskaper som ytan på levande celler.

Vätskedropparna består av två lika stora halvklot, en gjord av ett blåtonat fluorkolväte och en gjord av ett rödtonat kolväte. Hemisfärerna har olika täthet, vilket påverkar hur de riktas in och hur ogenomskinliga eller transparenta de ser ut när de ses från olika vinklar. Dom är, i själva verket, linser. Vad som gör dessa mikrolinser särskilt unika, dock, är deras förmåga att binda till specifika bakterieproteiner. Deras bindningsegenskaper gjorde det möjligt för dem att röra sig, vända från ett rött halvklot till blått baserat på närvaron eller frånvaron av en viss bakterie, som Salmonella.

"Vi blev glada över designen, ”, Swager säger. ”Den är en helt ny avkänningsmetod som attr kunde förvandlar egentligen marknaden för mattrygghetavkänning. Det visade snabbare resultat än något som för närvarande finns på marknaden, och kan fortfarande produceras till mycket låg kostnad."

Janus-emulsioner reagerar exceptionellt snabbt på föroreningar och ger kvantifierbara resultat som är synliga för blotta ögat eller kan avläsas via en smartphone-sensor.

"Tekniken är rotad i mycket intressant vetenskap, " säger Hartshorn. "Vad vi gör är att förena denna vetenskapliga upptäckt med en konstruerad produkt som möter ett genuint behov och som konsumenterna faktiskt kommer att adoptera."

Efter att redan ha säkrat nästan 1 miljon dollar i startfinansiering från en mängd olika källor, och också accepteras i Sprout, en högt respekterad agri-food accelerator, de har fått en snabb start.

Löser en industriutmaning för miljarder dollar

Varför spelar hastigheten roll? Inom området för livsmedelssäkerhetstestning, standardpraxis är att odla matprover för att se om det bildas skadliga bakteriekolonier. Denna process kan ta många dagar, och kan ofta endast utföras utanför platsen i ett specialiserat labb.

Medan det finns snabbare tekniker, de är dyra och kräver specialiserade instrument – ​​som inte är allmänt tillgängliga – och kräver fortfarande vanligtvis 24 timmar eller mer från början till slut. I fall där det finns en lång fördröjning mellan provtagning av livsmedel och upptäckt av föroreningar, livsmedelsprodukter kunde redan ha nått konsumenternas händer – och störa deras magar. Även om de fall av sjukdom och dödsfall som kan uppstå från livsmedelsburna sjukdomar är alarmerande nog, det finns andra kostnader också. Återkallande av mat leder till enormt slöseri, inte bara av själva livsmedelsprodukterna utan av arbetskraften och resurserna som är involverade i deras tillväxt, transport, och bearbetning. Matåterkallelser innebär också förlorad vinst för företaget. Bara Nordamerika förlorar 5 miljarder dollar årligen i återkallelser, och det räknar inte de indirekta kostnaderna förknippade med skadorna som uppstår på vissa varumärken, inklusive förluster av marknadsandelar som kan pågå i flera år.

Livsmedelsindustrin skulle dra nytta av en sensor som kan ge snabba och exakta avläsningar av förekomsten och mängden av bakteriell kontaminering på plats. Swager Groups Janus emulsionsteknologi har många av de element som krävs för att möta detta behov och Xibus Systems arbetar för att förbättra hastigheten, noggrannhet, och övergripande produktdesign för att göra sensorn redo för marknaden.

Två andra J-WAFS-finansierade forskare har hjälpt till att förbättra effektiviteten i tidiga produktdesigner. Mathias Kolle, biträdande professor vid institutionen för maskinteknik vid MIT och mottagare av ett separat 2017 J-WAFS fröbidrag, är expert på optiska material. Under 2018, han och hans doktorand Sara Nagelberg utförde beräkningarna som beskrev ljusets interaktion med Janus-partiklarna så att Swagers team kunde modifiera designen och förbättra prestandan. Kolle fortsätter att vara med, tjänstgör med Swager i det tekniska rådgivningsteamet för Xibus.

Denna insats var en ny riktning för Swager-gruppen. Swager säger:"Tekniken vi ursprungligen utvecklade var helt oöverträffad. När vi ansökte om ett J-WAFS Solutions-bidrag, vi arbetade i nytt territorium och hade minimala preliminära resultat. Vid den tiden, vi skulle inte ha klarat oss, till exempel, granskningar av statliga medel som kan vara konservativa. J-WAFS sponsring av vårt projekt i detta tidiga skede var avgörande för att hjälpa oss att uppnå de tekniska innovationer som fungerar som grunden för denna nya start."

Xibus medgrundare Kent Harvey – också en medlem av det ursprungliga MIT-forskarteamet – får sällskap av Matthias Oberli och Yuri Malinkevich. Tillsammans med Hartshorn arbetar de på en prototyp för första marknadsinträde. De utvecklar faktiskt två olika produkter:en smartphonesensor som är tillgänglig för vardagliga konsumenter, och en bärbar handhållen enhet som är känsligare och skulle vara lämplig för industrin. Om de kan bygga en framgångsrik plattform som möter industrins behov av överkomliga priser, noggrannhet, enkel användning, och hastighet, de skulle kunna tillämpa den plattformen på alla situationer där en användare skulle behöva analysera organismer som lever i vatten. Detta öppnar upp för många sektorer inom life science, inklusive vattenkvalitet, jordavkänning, veterinär diagnostik, samt vätskediagnostik för den bredare sjukvårdssektorn.

Xibus-teamet vill spika sin produkt direkt.

"Eftersom avkänning av livsmedelssäkerhet är ett trångt fält, du får bara en chans att imponera på dina potentiella kunder, " säger Hartshorn. "Om din första produkt är felaktig eller inte tillräckligt intressant, det kan vara väldigt svårt att öppna dörren med dessa kunder igen. Så vi måste vara säkra på att vår prototyp är en gamechanger. Det är det som håller oss vakna på natten."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.