3D-gedruckter Chip könnte helfen, die Ausbreitung von durch Lebensmittel übertragenen Krankheiten zu verhindern

Wer hat noch nie die gefürchtete öffentliche Gesundheitsmeldung des USDA gesehen: „Lebensmittel aufgrund von Krankheitserregern zurückgerufen“? Ob E. coli, Salmonellen, Listerien, Norovirus oder einer der mindestens 31 Erreger, die bekanntermaßen lebensmittelbedingte Krankheiten verursachen, die Überwachung und Sicherstellung, dass diese nicht in den Lebensmitteln der Bevölkerung landen, ist eine der wichtigsten Aufgaben der Regierung. Doch wie wir im Laufe der Jahre gesehen haben, sind sie nicht unfehlbar. Jetzt könnte ein neuer 3D-gedruckter Chip dazu beitragen, den Unterschied zu machen.

Auch wenn es wie ein seltenes Ereignis erscheinen mag, sind lebensmittelbedingte Krankheiten weit verbreitet. Allein in den Vereinigten Staaten erkranken nach Schätzungen der CDC jedes Jahr etwa 48 Millionen Menschen, 128.000 werden ins Krankenhaus eingeliefert und 3.000 sterben an lebensmittelbedingten Krankheiten. Eine erstaunliche Zahl, die nur noch größer wird, wenn man sie auf die ganze Welt überträgt. So behauptet die WHO, dass „unsichere“ Lebensmittel jährlich 600 Millionen Krankheitsfälle und 420.000 Todesfälle verursachen, wobei mindestens ein Drittel davon Kinder unter 5 Jahren betrifft. Schwangere Frauen und ältere Erwachsene sind ebenfalls extrem anfällig für schwerwiegende Folgen.

Lebensmittelbedingte Krankheitserreger wie E.coli (im Bild) können verheerende Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit haben.

Genau das wollen die Forscher der Technischen Universität Guangdong und des Pudong New District People’s Hospital mit dieser neuen Lösung angehen. Durch die Entwicklung einer schnelleren, billigeren und effektiveren Methode zum Screening von Lebensmitteln hoffen sie, dass sie dazu beitragen können, dass kontaminierte Lebensmittel nicht in die Hände der Verbraucher gelangen. Und natürlich spielt der 3D-Druck dabei eine wichtige Rolle.

Ein 3D-gedruckter Chip für ein besseres Lebensmittelscreening

Wie bereits erwähnt, war es für das Forschungsteam am wichtigsten, eine Methode zu entwickeln, mit der sich Krankheitserreger nachweisen lassen. Die Autorin Silu Feng erklärt: ,,Der Nachweis dieser Krankheitserreger ist aufgrund ihrer Vielfalt und der verschiedenen Umgebungen, in denen sie gedeihen können, eine Herausforderung. Darüber hinaus erschweren niedrige Konzentrationen von Krankheitserregern in großen Lebensmittelproben, das Vorhandensein ähnlicher nicht-pathogener Organismen und die Komplexität der verschiedenen Lebensmitteltypen einen genauen und schnellen Nachweis.“

Er weist außerdem darauf hin, dass es schwierig ist, bestehende Nachweismethoden wie Zellkulturen und DNA-Sequenzierung in großem Maßstab einzusetzen. Das bedeutet, dass nicht jede Charge von Lebensmitteln gründlich getestet werden kann. Feng weist auch darauf hin, dass die derzeitigen Methoden mit einer Reihe von Hindernissen konfrontiert sind, wie z. B. langen Ergebniszeiten, dem Bedarf an spezialisierter Ausrüstung und Personal sowie der Unfähigkeit, mehrere Krankheitserreger gleichzeitig zu erkennen. All diese Probleme sollen mit diesem 3D-gedruckten Chip gelöst werden.

Bei der Herstellung mittels Fused Deposition Modeling mit dem Sermoon V2 3D-Drucker und dem Creality Slicer war die Nachbearbeitung, einschließlich des Schleifens, entscheidend für die Verbesserung der Oberflächenqualität des 3D-gedruckten Chips. Das gewählte ABS-Material hatte auch einige Probleme, nämlich seine hydrophobe Beschaffenheit, die eine Mischung aus dem oberflächenhydrophilen Mittel HYDRO 3000 und Isopropylalkohol (in einem Verhältnis von 3:7) erforderte, um die Erkennungsplattform in eine hydrophile 3D-Plattform zu verwandeln.

Der 3D-gedruckte Chip selbst wurde nach Angaben der Forscher in vier Abschnitte unterteilt, von denen jeder auf den Nachweis eines bestimmten Erregers zugeschnitten ist. Wenn dieser Erreger in einer Probe vorhanden ist, bindet er an eine Nachweisoberfläche und verändert seine optischen Eigenschaften. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise E. coli, Salmonellen, Listerien und S. aureus selbst bei sehr geringen Mengen schnell nachgewiesen werden können.

Eine Demonstration der Flüssigkeitsflussfunktion in der 3D-gedruckten Testplattform (links); repräsentative optische Signale für verschiedene Krankheitserreger (rechts) (Bild: Feng et al.)

Die Hoffnung ist nun, dass das Gerät noch weiter entwickelt werden kann, um es noch besser für das Screening von Lebensmitteln einsetzbar zu machen. Aber in jedem Fall ist jetzt schon klar, dass dies in Zukunft einen großen Einfluss auf die Lebensmittelsicherheit haben könnte. Das vollständige Papier aus AIP Advances können Sie HIER lesen.

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