"Dit is een markt van $ 10 miljard en iedereen weet het." Dat zijn de woorden van Chris Hartshorn, CEO van een nieuwe MIT-spin-out - Xibus Systems - die met hun nieuwe voedselveiligheidssensor een plons wil maken in de voedingsindustrie.

Hartshorn heeft veel ervaring met het ondersteunen van innovatie in landbouw en levensmiddelentechnologie. Voordat hij bij Xibus kwam, hij diende als chief technology officer voor Callaghan Innovation, een Nieuw-Zeelandse overheidsinstantie. Een groot deel van de economie van het land is afhankelijk van landbouw en voedsel, dus een aanzienlijk deel van de innovatieactiviteit daar is gericht op die sectoren.

Terwijl daar, Hartshorn kwam in contact met een aantal verschillende voedselveiligheidsdetectietechnologieën die al op de markt waren, gericht op de behoeften van Nieuw-Zeelandse producenten en anderen over de hele wereld. Nog, "elke keer dat er een op pathogenen gebaseerde voedselherinnering was", zegt hij, "het scheen licht op het feit dat dit probleem nog niet is opgelost."

Hij zag vernieuwers over de hele wereld proberen een betere sensor voor voedselpathogenen te ontwikkelen, maar toen Xibus Systems Hartshorn benaderde met een uitnodiging om als CEO toe te treden, hij zag iets unieks in hun aanpak, en besloot te accepteren.

Nieuwe vloeistofdeeltjes geven een snelle indicatie van voedselverontreiniging

Xibus Systems is in het najaar van 2018 opgericht om een ​​snelle, eenvoudig, en betaalbare technologie voor het detecteren van voedselveiligheid voor gebruikers in de voedingsindustrie en dagelijkse consumenten. De ontwikkeling van de technologie, op basis van MIT-onderzoek, werd ondersteund door twee commercialiseringssubsidies via het J-WAFS Solutions-programma van het MIT Abdul Latif Jameel Water en Food Systems Lab. Het is gebaseerd op gespecialiseerde druppeltjes - Janus-emulsies genaamd - die kunnen worden gebruikt om bacteriële besmetting in voedsel te detecteren. Het gebruik van Janus-druppeltjes om bacteriën te detecteren is ontwikkeld door een onderzoeksteam onder leiding van Tim Swager, de John D. MacArthur hoogleraar scheikunde, en Alexander Klibanov, de Novartis hoogleraar biologische technologie en chemie.

Swager en onderzoekers in zijn lab ontwikkelden de methode om Janus-emulsies te maken oorspronkelijk in 2015. Hun idee was om een ​​synthetisch deeltje te maken dat dezelfde dynamische eigenschappen heeft als het oppervlak van levende cellen.

De vloeistofdruppels bestaan ​​uit twee halve bollen van gelijke grootte, een gemaakt van een blauw getinte fluorkoolstof en een gemaakt van een rood getinte koolwaterstof. De hemisferen hebben verschillende dichtheden, die van invloed is op hoe ze uitlijnen en hoe ondoorzichtig of transparant ze verschijnen vanuit verschillende hoeken. Zij zijn, in werkelijkheid, lenzen. Wat deze microlenzen bijzonder uniek maakt, echter, is hun vermogen om te binden aan specifieke bacteriële eiwitten. Door hun bindende eigenschappen konden ze bewegen, omslaan van een rode halve bol naar blauw op basis van de aanwezigheid of afwezigheid van een bepaalde bacterie, zoals Salmonella.

"We waren enthousiast over het ontwerp, ", zegt Swager. "Het is een volledig nieuwe detectiemethode die de markt voor voedselveiligheidsdetectie echt zou kunnen veranderen. Het toonde snellere resultaten dan alles wat momenteel op de markt verkrijgbaar is, en kon nog steeds tegen zeer lage kosten worden geproduceerd."

Janus-emulsies reageren uitzonderlijk snel op verontreinigingen en leveren meetbare resultaten die met het blote oog zichtbaar zijn of via een smartphonesensor kunnen worden uitgelezen.

"De technologie is geworteld in zeer interessante wetenschap, " zegt Hartshorn. "Wat we doen is deze wetenschappelijke ontdekking koppelen aan een ontwikkeld product dat aan een echte behoefte voldoet en dat consumenten daadwerkelijk zullen adopteren."

Na al bijna $ 1 miljoen aan startfinanciering uit verschillende bronnen te hebben verkregen, en ook geaccepteerd worden in Sprout, een zeer gerespecteerde agrovoedingsversneller, ze hebben een snelle start.

Een industrie-uitdaging van een miljard dollar oplossen

Waarom is snelheid belangrijk? Op het gebied van voedselveiligheidstests, de standaardpraktijk is om voedselmonsters te kweken om te zien of er zich schadelijke bacteriekolonies vormen. Dit proces kan vele dagen duren, en kan vaak alleen offsite in een gespecialiseerd laboratorium worden uitgevoerd.

Hoewel er snellere technieken bestaan, ze zijn duur en vereisen gespecialiseerde instrumenten - die niet algemeen verkrijgbaar zijn - en vereisen nog steeds meestal 24 uur of meer van begin tot eind. In gevallen waarin er een lange vertraging is tussen de voedselbemonstering en de detectie van contaminanten, voedselproducten zouden de handen van de consument al kunnen hebben bereikt - en hun maag van streek kunnen maken. Hoewel de gevallen van ziekte en overlijden die kunnen optreden door door voedsel overgedragen ziekten alarmerend genoeg zijn, er zijn ook andere kosten. Het terugroepen van voedsel leidt tot enorme verspilling, niet alleen van de voedselproducten zelf, maar ook van de arbeid en middelen die bij hun groei betrokken zijn, vervoer, en verwerking. Bij het terugroepen van voedsel gaat het ook om gederfde winst voor het bedrijf. Alleen Noord-Amerika verliest jaarlijks $ 5 miljard aan terugroepacties, en dat telt niet mee voor de indirecte kosten die gepaard gaan met de schade die aan bepaalde merken wordt toegebracht, inclusief marktaandeelverliezen die jaren kunnen duren.

De voedingsindustrie zou baat hebben bij een sensor die snel en nauwkeurig de aanwezigheid en hoeveelheid bacteriële besmetting ter plaatse kan meten. De Janus-emulsietechnologie van de Swager Group heeft veel van de elementen die nodig zijn om aan deze behoefte te voldoen en Xibus Systems werkt aan het verbeteren van de snelheid, nauwkeurigheid, en algemeen productontwerp om de sensor klaar te maken voor de markt.

Twee andere door J-WAFS gefinancierde onderzoekers hebben de efficiëntie van vroege productontwerpen helpen verbeteren. Mathias Kolle, assistent-professor bij de afdeling Werktuigbouwkunde aan het MIT en ontvanger van een afzonderlijke J-WAFS-seedbeurs 2017, is een expert op het gebied van optische materialen. in 2018, hij en zijn afgestudeerde student Sara Nagelberg voerden de berekeningen uit waarin de interactie van licht met de Janus-deeltjes werd beschreven, zodat het team van Swager het ontwerp kon aanpassen en de prestaties kon verbeteren. Kolle blijft betrokken, samen met Swager in het technische adviesteam voor Xibus.

Deze inspanning was een nieuwe richting voor de Swager-groep. Swager zegt:"De technologie die we oorspronkelijk ontwikkelden was volledig ongekend. Op het moment dat we een J-WAFS Solutions-subsidie ​​aanvroegen, we werkten op nieuw terrein en hadden minimale voorlopige resultaten. In die tijd, we zouden het niet gehaald hebben, bijvoorbeeld, beoordelingen van overheidsfinanciering die conservatief kunnen zijn. J-WAFS-sponsoring van ons project in dit vroege stadium was van cruciaal belang om ons te helpen de technologische innovaties te realiseren die als basis dienen voor deze nieuwe startup."

Xibus mede-oprichter Kent Harvey - ook lid van het oorspronkelijke MIT-onderzoeksteam - wordt vergezeld door Matthias Oberli en Yuri Malinkevich. Samen met Hartshorn werken ze aan een prototype voor een eerste marktintroductie. Ze ontwikkelen eigenlijk twee verschillende producten:een smartphonesensor die toegankelijk is voor de gewone consument, en een draagbaar handheld-apparaat dat gevoeliger is en geschikt zou zijn voor de industrie. Als ze in staat zijn om een ​​succesvol platform te bouwen dat voldoet aan de behoeften van de industrie op het gebied van betaalbaarheid, nauwkeurigheid, makkelijk te gebruiken, en snelheid, ze zouden dat platform kunnen toepassen op elke situatie waarin een gebruiker organismen die in water leven, zou moeten analyseren. Dit opent vele sectoren in de life sciences, inclusief waterkwaliteit, bodemdetectie, veterinaire diagnostiek, evenals vloeistofdiagnostiek voor de bredere zorgsector.

Het Xibus-team wil hun product meteen op punt stellen.

"Aangezien voedselveiligheidsdetectie een druk veld is, u krijgt maar één kans om indruk te maken op uw potentiële klanten, " zegt Hartshorn. "Als je eerste product gebrekkig of niet interessant genoeg is, het kan heel moeilijk zijn om bij deze klanten weer de deur open te doen. We moeten er dus zeker van zijn dat ons prototype een game-changer is. Dat houdt ons 's nachts wakker."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.