Många låginkomstländer har vänt sig till massmatningsförstärkningsprogram för att ta itu med näringsbrister i sin befolkning. Men många av dessa program saknar de resurser som behövs för att avgöra om lämplig mängd näringsämnen konsekvent finns i dessa livsmedelsprodukter.
Ett team av forskare vid University of Illinois har utvecklat ett prisvärt, pålitlig pappersbaserad sensor som fungerar med en mobilapp-även utvecklad vid U of I-för att detektera järnhalter i förstärkta livsmedelsprodukter.
Den nya tekniken kombinerar kemi, teknik, näring, och livsmedelsvetenskap för att utveckla den färgförändrande papperssensorn som kan upptäcka järn i livsmedel, tillsammans med informationsteknik för att utveckla den lättanvända mobiltelefonappen som är tillgänglig i låginkomstinställningar.
Anna Waller, doktorand vid Institutionen för livsmedelsvetenskap och mänsklig näring, och IGNITE Lab, ledde studien, som publiceras i tidningen Näringsämnen .
"Vi studerar befästningsprogram som ett sätt att minska brister i mikronäringsämnen i låginkomstländer, "Waller förklarar." En av uppmaningarna för att förbättra effektiviteten eller framgången för dessa program är att öka övervakningen och utvärderingen av dessa program, som saknas i många låginkomstmiljöer. Men att göra det innebär så mycket laboratorieinfrastruktur och personal som ofta inte är tillgänglig i dessa inställningar. "
Juan Andrade, docent i näring vid institutionen och medförfattare till studien, förklarar att förtroende mellan konsumenter, företagen som bearbetar livsmedelsprodukterna, och de regeringar som reglerar befästningsprogrammen är nyckeln. Den nya tekniken, han säger, adresserar det förtroendet.
"I slutet av dagen har du ett verktyg som alla är överens om, det är giltigt, enkel, och låg kostnad, som ger dig resultat på en mobiltelefon. Om telefonen kan ansluta till molnet, och molnet är anslutet till ett statligt kontor eller företagets kontor, de kan övervaka och underhålla de register som stöder deras påståenden. Allt samlas in och lagras. Det finns inget utrymme för oenighet. Det är därför det här är en fantastisk teknik att åstadkomma. "
Waller började med att titta på olika typer av biosensorer. "Den pappersbaserade sensorn stack verkligen ut genom att den verkade vara den billigaste och enklaste att använda, som överensstämmer med Världshälsoorganisationens kriterier för att utveckla denna typ av teknik, "tillägger hon.
Ett av de stora hindren, Waller säger, bestämde mig för vilket pappersunderlag som skulle användas. Hon såg i tidigare studier om pappersbaserade sensorer, att hydrofila papper, som absorberar vatten, används oftast. "Eftersom vi mäter tillsatt järn i en torkad matmatris, vi behövde lösa det först i en sur lösning. Dock, när vi använde det hydrofila papperet, färgpunkten som utvecklades var mycket inkonsekvent och färgen var inte lätt att mäta eftersom provet sprids på det hydrofila papperet, "Säger Waller.
Hon fortsatte att testa papper som skulle stödja utvecklingen av färgpunkten de mätte, och bosatte sig på ett hydrofobt papper, som är inbäddad med silikon. Detta minskade heterogeniteten hos färgfläcken på papperet, och gav en mer exakt och tillförlitlig utmatning.
Med sin bakgrund inom kemi, hon undersökte sedan olika reaktioner med järn som kunde ge en synlig färgförändring på papperet, landar på ferrozinreaktionen, som fungerar i det bredaste temperaturintervallet. Hon reducerade mängden vätskor i lösningen till en liten mikroliter mängd, lägg det på pappret, och torkade den.
Andrade förklarar, "Denna metod har färre störningar [med andra näringsämnen]. Den har en ljus magenta färg. Så när du ser utstrykningen på pappren, allt är koncentrerat. Det är därför färgen är så levande, och det torkar snabbt. Färgen är mycket stabil och förblir densamma när den torkar.
"Det tog ett tag att ta reda på vilken metod, för om färgen försvinner, var gjort, "tillägger han." Detta är en mycket stabil reaktion, och färgen har hållit sig stabil i två år. "
Denna process resulterade i den pappersbaserade analysen som ändrar färg som svar på järn i berikade livsmedel. Forskarna använde tanzaniansk vetemjöl och modersmjölksersättning som redan hade förstärkts för att testa deras sensor. De förstärkte majsmjöl i studien med järn till nivåer som Världshälsoorganisationen rekommenderar.
Teamet fick också ett bidrag från ADM Institute for Postharvest Loss för att utveckla en smartphone -app, i samarbete med U of I Technology Services, för att kvantifiera denna färgförändring med hjälp av smartphone -applikationen. Med en mobiltelefon, de som skulle utvärdera näringsnivåer i berikad mat tar ett foto av papperssensorn, efter att färgerna dykt upp, och appen analyserar järnhalterna.
Traditionellt, guldstandardmetoden för mätning av järn i livsmedelsprover, Andrade förklarar, är användningen av atomabsorptions- eller emissionsspektroskopi. Dock, denna typ av analys kan vara dyr, kräver utbildad personal, och finns vanligtvis bara i laboratorier vid universitet eller privata industrier.
Men Andrade förklarar att smartphones är tillgängliga i lågresursinställningar. "Studier visar att det finns en penetration av mobiltelefoner i låginkomstländer. Vi har varit där, och vi förstår sammanhanget, så vi tar det till utformningen av dessa pappersbaserade tekniker. "
Waller reste till Mexiko på ett Fulbright -stipendium för att validera sensorns noggrannhet och konsekvens för att upptäcka järn med hjälp av livsmedel från ett verkligt befästningsprogram, i jämförelse med den traditionella metoden för utvärdering av näringsnivåer. Förutom att utveckla ett billigt provberedningssats som levererar giltigt, exakt, och pålitliga mätningar, ett av experimenten hon gjorde i Mexiko var att jämföra hur smartphoneappens resultat jämfört med resultat på en stationär dator med hjälp av programvara.
"En av aspekterna som publiceras i detta dokument är den sömlösa övergången från en stationär till en smartphone-baserad analys utan att äventyra sensorns prestanda och validitet, "Säger Andrade." I våra inledande studier, vi tog ett foto med en mobiltelefon eller kamera, digitaliserade det, och analyserade det med hjälp av datorprogramvara. Men vad händer om telefonen själv gör analysen istället för att ta den till en stationär dator? Kommer det erhållna värdet att vara detsamma? Det var det vi fick testa, och svaret är ja. "
Andrade tillägger att validering av pappersbaserade analyser är avgörande. "Många laboratorier utvecklar innovativa detektionsplattformar, men få validerar sin teknik inom området, " han lade till.
Pappret, "Utveckling av en pappersbaserad sensor kompatibel med en mobiltelefon för detektion av vanliga järnformler i berikade livsmedel inom resursbegränsade inställningar, "publiceras i Näringsämne .
