Ingenieros del MIT han desarrollado una tira inteligente tipo velcro que puede informar a los consumidores si los alimentos se han echado a perder o están contaminados.
Las tiras utilizan agujas de seda y tinta que cambia de color para penetrar en los alimentos o su envase y comprobar si son comestibles.
El sensor no solo informará a los consumidores si el alimento está en mal estado, sino que también podrá indicarles si es seguro consumir algo que ha superado su fecha de caducidad.
Ingenieros del MIT han diseñado un sensor de alimentos tipo velcro, formado por una matriz de microagujas de seda, que atraviesa el envase de plástico para tomar muestras del alimento y detectar señales de deterioro y contaminación bacteriana.
Las microagujas del sensor se moldean a partir de una solución de proteínas comestibles presentes en los capullos de seda y están diseñadas para succionar el fluido hacia la parte posterior del sensor, que está impreso con dos tipos de tintas especializadas. Una de estas «biotintas» cambia de color al entrar en contacto con un fluido de un determinado intervalo de pH, lo que indica que el alimento se ha echado a perder; la otra cambia de color cuando detecta bacterias contaminantes, como la patógena E. coli.
Los investigadores fijaron el sensor a un filete de pescado crudo que habían inyectado con una solución contaminada con E. coli. Tras menos de un día, comprobaron que la parte del sensor impresa con la biotinta que detecta bacterias había pasado de azul a rojo, una clara señal de que el pescado estaba contaminado. Pasadas unas horas más, la biotinta sensible al pH también cambió de color, lo que indicaba que el pescado también se había echado a perder.
Los resultados, publicados hoy en la revista Advanced Functional Materials, constituyen un primer paso hacia el desarrollo de un nuevo sensor colorimétrico capaz de detectar señales de deterioro y contaminación de los alimentos.
Este tipo de sensores inteligentes para alimentos podría ayudar a prevenir brotes como la reciente contaminación por salmonela en cebollas y melocotones. También podrían evitar que los consumidores desechen alimentos que han superado una fecha de caducidad impresa, pero que en realidad siguen siendo aptos para el consumo.
«Se desperdicia mucha comida por la falta de un etiquetado adecuado, y tiramos alimentos sin siquiera saber si se han echado a perder o no», afirma Benedetto Marelli, profesor adjunto de Desarrollo Profesional Paul M. Cook en el Departamento de Ingeniería Civil y Medioambiental del MIT. «Además, la gente desperdicia mucha comida tras los brotes, porque no está segura de si los alimentos están realmente contaminados o no. Una tecnología como esta daría confianza al usuario final para no desperdiciar comida».
Los coautores de Marelli en el artículo son Doyoon Kim, Yunteng Cao, Dhanushkodi Mariappan, Michael S. Bono Jr. y A. John Hart.
Seda e impresión
El nuevo sensor de alimentos es fruto 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 flexografía de alta resolución técnica, que permite obtener patrones microscópicos que pueden dar lugar a electrónica impresa y sensores de bajo coste. Por su parte, Marelli había desarrollado un sello de microagujas a base de seda que penetra y aporta nutrientes a las plantas. En sus conversaciones, los investigadores se preguntaron si sus tecnologías podrían combinarse para producir un sensor impreso de alimentos que controlara la seguridad alimentaria.
«Evaluar el estado de los alimentos solo midiendo su superficie suele no ser suficiente. En un momento dado, Benedetto mencionó el trabajo de microagujas de su grupo con plantas, y nos dimos cuenta de que podíamos combinar nuestra experiencia para crear un sensor más eficaz», recuerda Hart.
El equipo buscaba crear un sensor capaz de atravesar la superficie de muchos tipos de alimentos. El diseño al que llegaron consistía en una matriz de microagujas fabricadas con seda.
«La seda es totalmente comestible, no tóxica, puede utilizarse como ingrediente alimentario y es lo suficientemente resistente desde el punto de vista mecánico como para penetrar en una gran variedad de tejidos, como carne, melocotones y lechuga», afirma Marelli.
Una detección más profunda
Para fabricar el nuevo sensor, Kim preparó primero una solución de fibroína de seda, una proteína extraída de los capullos de polilla, y vertió la solución en un molde de silicona para microagujas. Tras el secado, retiró la matriz de microagujas resultante, cada una de unos 1,6 milímetros de largo y 600 micras de ancho, aproximadamente un tercio del diámetro de una hebra de espagueti.
A continuación, el equipo desarrolló soluciones para dos tipos de biotintas: polímeros imprimibles que cambian de color y que pueden mezclarse con otros ingredientes sensores. En este caso, los investigadores mezclaron en una de las biotintas un anticuerpo sensible a una molécula de E. coli. Cuando el anticuerpo entra en contacto con esa molécula, cambia de forma y empuja físicamente el polímero que lo rodea, lo que a su vez modifica la forma en que la biotinta absorbe la luz. De este modo, la biotinta puede cambiar de color cuando detecta bacterias contaminantes.
Los investigadores fabricaron una biotinta que contenía anticuerpos sensibles a E. coli, y una segunda biotinta sensible a los niveles de pH asociados al deterioro. Imprimieron la biotinta que detecta bacterias en la superficie de la matriz de microagujas, formando la letra «E», y junto a ella imprimieron la biotinta sensible al pH, en forma de «C». Ambas letras aparecían inicialmente en color azul.
Después, Kim incorporó poros en cada microaguja para aumentar la capacidad de la matriz para succionar fluido mediante acción capilar. Para probar el nuevo sensor, compró varios filetes de pescado crudo en una tienda de alimentación local e inyectó en cada filete un fluido que contenía E. coli, Salmonella, o el fluido sin ningún contaminante. Colocó un sensor en cada filete y, a continuación, esperó.
Tras unas 16 horas, el equipo observó que la «E» pasó de azul a rojo, únicamente en el filete contaminado con E. coli, lo que indica que el sensor detectó con precisión los antígenos bacterianos. Tras varias horas más, tanto la «C» como la «E» de todas las muestras se volvieron rojas, lo que indica que todos los filetes se habían echado a perder.
Los investigadores también comprobaron que su nuevo sensor indica la contaminación y el deterioro más rápido que los sensores existentes, que solo detectan patógenos en la superficie de los alimentos.
«Hay muchas cavidades y orificios en los alimentos donde se encuentran incrustados patógenos, y los sensores de superficie no pueden detectarlos», afirma Kim. «Por eso tenemos que penetrar un poco más profundo para mejorar la fiabilidad de la detección. Con esta técnica de perforación, además, no tenemos que abrir el envase para inspeccionar la calidad del alimento».
El equipo busca formas de acelerar la absorción de fluido por parte de las microagujas, así como la detección de contaminantes por parte de las biotintas. Una vez optimizado el diseño, prevén que el sensor pueda utilizarse en distintas etapas de la cadena de suministro, desde los operarios de las plantas de procesamiento, que pueden usar los sensores para controlar los productos antes de su envío, hasta los consumidores que decidan aplicar los sensores en determinados alimentos para asegurarse de que son aptos para consumir.
Esta investigación contó, en parte, con el apoyo del Laboratorio de Sistemas de Agua y Alimentos Abdul Latif Jameel del MIT (J-WAFS), la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y la Oficina de Investigación Naval de EE. UU.
