Οπτικοί ανοσοαισθητήρες για την ταυτόχρονη ανίχνευση αλλεργιογόνων ουσιών σε τρόφιμα

Abstract

Food allergy affects a large percentage of people worldwide. For this reason, international organizations have addressed directives which make mandatory the control and labeling of processed products so as to indicate the presence of allergenic compounds by the food industries. In order to avoid undesirable contamination of food with allergens due to the use of common production lines for different products, it is necessary to control the presence of allergens in both the rinsing water of pipelines and machines, the finished products and the raw materials used as well. The purpose of this PhD dissertation was to develop an optical immunosensor for the simultaneous, real-time, label-free determination of κ-casein, peanut protein, soy protein and gliadin in rinsing water from food industry. The immunosensor was based on an optoelectronic platform fully integrated onto silicon chips and comprised an array of ten Mach-Zehnder (MZI) interferometers along with the corresponding optical sources, enabling the simultaneous detection of multiple analytes in the same sample. To achieve this goal, enzyme-immunoassays (ELISAs) were developed and optimized for all target allergens as well as methods for single and multiple analytes detection with the sensor. The methods developed for the simultaneous determination of allergens were fast (6.5 min) and accurate with detection limits equal to or lower than those provided by the commercially available kits used by food industry. The potential of the sensor to perform in real conditions was evaluated by analyzing rinsing water samples from a dairy indystry and it was found that the results were in good agreement with those obtained by the ELISA methods developed or provided by external international analytical laboratories. In addition, due to its excellent performance for allergen detection in rinsing water, the immunosensor was also evaluated for the detection of goat milk adulteration with cow milk (through bovine k-casein determination). The immunosensor developed found to be reliable and rapid (5 min) with high detection sensitivity (<0.1%, v / v).

Η τροφική αλλεργία επηρεάζει μεγάλο ποσοστό των ανθρώπων παγκοσμίως. Για το λόγο αυτό, διεθνείς οργανισμοί έχουν θεσπίσει κανόνες τόσο για τον έλεγχο παρουσίας αλλεργιογόνων όσο και για την υποχρεωτική αναγραφή τους στις ετικέτες των επεξεργασμένων προϊόντων εκ μέρους των βιομηχανιών τροφίμων. Για την αποφυγή ανεπιθύμητης επιμόλυνσης των τροφίμων με αλλεργιογόνα λόγω της χρήσης κοινών γραμμών παραγωγής για διαφορετικά προϊόντα είναι απαραίτητος ο έλεγχος παρουσίας αλλεργιογόνων τόσο στο νερό καθαρισμού/ έκπλυσης των σωληνώσεων και μηχανών όσο και στα ίδια τα τελικά προϊόντα και τις πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η ανάπτυξη μεθόδου για τον ταυτόχρονο προσδιορισμό της κ-καζεΐνης, της πρωτεΐνης φιστικιού, της πρωτεΐνης σόγιας και της γλιαδίνης σε νερό έκπλυσης σωληνώσεων από βιομηχανίες τροφίμων σε πραγματικό χρόνο, μέσω οπτικού ανοσοαισθητήρα χωρίς τη χρήση ιχνηθετών. Ο οπτικός ανοσοαισθητήρας που χρησιμοποιήθηκε ήταν πλήρως ολοκληρωμένος σε ψηφίδες πυριτίου και περιλάμβανε συστοιχία δέκα συμβολομέτρων Mach-Zehnder (MZI) καθώς και τις αντίστοιχες οπτικές πηγές παρέχοντας τη δυνατότητα ταυτόχρονης ανίχνευσης πολλών αναλυτών στο ίδιο δείγμα. Για την επίτευξη του στόχου, αναπτύχθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν ανοσοενζυμικοί προσδιορισμοί (ELISA) για όλα τα στοχευόμενα αλλεργιογόνα καθώς και μέθοδοι ανίχνευσης μονού και πολλαπλών αναλυτών με τον αισθητήρα. Οι αναπτυχθείσες μέθοδοι ταυτόχρονου προσδιορισμού των αλλεργιογόνων ήταν ταχείες (6,5 min) και ακριβείς με όρια ανίχνευσης εφάμιλλα ή χαμηλότερα των εμπορικά διαθέσιμων μεθόδων που χρησιμοποιούνται από τις βιομηχανίες. Η δυνατότητα εφαρμογής του αισθητήρα σε πραγματικές συνθήκες αξιολογήθηκε μέσω ανάλυσης δειγμάτων νερού έκπλυσης σωληνώσεων γαλακτοβιομηχανίας και διαπιστώθηκε ότι οι τιμές που προσδιορίστηκαν ήταν σε καλή συμφωνία με αυτές που ελήφθησαν τόσο με τις μεθόδους ELISA που αναπτύχθηκαν όσο και από εξωτερικά διεθνή εργαστήρια. Επιπλέον, ο αισθητήρας αξιοποιήθηκε για την ανίχνευση νοθείας κατσικίσιου γάλακτος με αγελαδινό, μέσω προσδιορισμού βοείου κ-καζεΐνης, και παρείχε αξιόπιστες και ταχείες (5 min) μετρήσεις με ευαισθησία ανίχνευσης <0,1% ( ο/ο).