Veel lage-inkomenslanden hebben zich tot massale voedselverrijkingsprogramma's gewend om tekorten aan voedingsstoffen in hun bevolking aan te pakken. Maar veel van deze programma's missen de middelen die nodig zijn om te bepalen of de juiste hoeveelheid voedingsstoffen consistent aanwezig is in die voedingsproducten.

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Illinois heeft een betaalbare, betrouwbare op papier gebaseerde sensor die werkt met een mobiele telefoon-app - ook ontwikkeld door U of I - om ijzergehalten in verrijkte voedingsmiddelen te detecteren.

De nieuwe technologie combineert chemie, Engineering, voeding, en voedingswetenschap om de van kleur veranderende papiersensor te ontwikkelen die ijzer in voedsel kan detecteren, samen met informatietechnologie om de gebruiksvriendelijke app voor mobiele telefoons te ontwikkelen die toegankelijk is in instellingen met een laag inkomen.

Anna Waller, een promovendus bij de vakgroep Voedingswetenschappen en Humane Voeding, en het IGNITE-lab, leidde de studie, die is gepubliceerd in het tijdschrift voedingsstoffen .

"We bestuderen verrijkingsprogramma's als middel om tekorten aan micronutriënten in lage-inkomenslanden te verminderen, Waller legt uit. "Een van de oproepen tot actie om de doeltreffendheid of het succes van deze programma's te verbeteren, is het opvoeren van de monitoring en evaluatie van deze programma's, die ontbreekt in veel instellingen met een laag inkomen. Maar om dat te doen, is zoveel laboratoriuminfrastructuur en personeel nodig dat in deze omgevingen vaak niet beschikbaar is."

Juan Andrade, een universitair hoofddocent voeding in de afdeling en co-auteur van de studie, legt uit dat vertrouwen tussen consumenten, de bedrijven die de voedingsmiddelen verwerken, en de regeringen die de fortificatieprogramma's reguleren, is de sleutel. De nieuwe technologie, hij zegt, richt zich op dat vertrouwen.

"Uiteindelijk heb je een tool waar iedereen het over eens is, dat is geldig, eenvoudig, en goedkope, dat geeft u resultaten op een mobiele telefoon. Als de telefoon verbinding kan maken met de cloud, en de cloud is verbonden met een overheidskantoor of het kantoor van het bedrijf, ze kunnen de gegevens die hun beweringen ondersteunen, controleren en bijhouden. Alles wordt verzameld en opgeslagen. Er is geen ruimte voor meningsverschillen. Daarom is dit een geweldige technologie om tot stand te brengen."

Waller begon met te kijken naar verschillende soorten biosensoren. "De op papier gebaseerde sensor viel echt op omdat hij de meest goedkope en eenvoudigste te gebruiken leek, die in overeenstemming is met de criteria van de Wereldgezondheidsorganisatie voor de ontwikkeling van dit soort technologieën, " zij voegt toe.

Een van de grote hindernissen, Waller zegt, was beslissen welk papiersubstraat te gebruiken. Ze zag in eerdere studies over op papier gebaseerde sensoren, dat hydrofiel papier, die water absorberen, worden het meest gebruikt. "Omdat we toegevoegd ijzer in een gedroogde voedselmatrix meten, we moesten het eerst oplossen in een zure oplossing. Echter, toen we het hydrofiele papier gebruikten, de kleurvlek die zich ontwikkelde was erg inconsistent en de kleur was niet gemakkelijk te meten omdat het monster zich op het hydrofiele papier verspreidde, ' zegt Waller.

Ze ging door met het testen van papier dat de ontwikkeling van de kleurvlek die ze aan het meten waren, zou ondersteunen. en vestigde zich op een hydrofoob papier, die is ingebed met siliconen. Dit verminderde de heterogeniteit van de kleurvlek op het papier, en leverde een nauwkeuriger en betrouwbaarder resultaat op.

Met behulp van haar achtergrond in de chemie, ze onderzocht vervolgens verschillende reacties met ijzer die een zichtbare kleurverandering op het papier konden veroorzaken, landing op de ferrozinereactie, die werkt in het breedste temperatuurbereik. Ze verminderde de hoeveelheid vloeistof in de oplossing tot een kleine hoeveelheid van microliter, zet het op papier, en droogde het af.

Andrade legt uit, "Deze methode heeft minder interferentie [met andere voedingsstoffen]. Het heeft een heldere magenta kleur. Dus als je de vlek op het papier ziet, alles is geconcentreerd. Daarom is de kleur zo levendig, en het droogt snel. De kleur is zeer stabiel en blijft hetzelfde als het droogt.

"Het duurde even om uit te zoeken welke methode, want als de kleur weggaat, werden gedaan, " voegt hij eraan toe. "Dit is een zeer stabiele reactie, en de kleur is al twee jaar stabiel."

Dit proces resulteerde in de op papier gebaseerde test die van kleur verandert als reactie op ijzer in verrijkte voedingsmiddelen. De onderzoekers gebruikten Tanzaniaanse tarwebloem en zuigelingenvoeding die al was verrijkt om hun sensor te testen. Ze versterkten maïsmeel in het onderzoek met ijzer tot niveaus die de Wereldgezondheidsorganisatie aanbeveelt.

Het team ontving ook een subsidie ​​van het ADM Institute for Postharvest Loss om een ​​smartphone-app te ontwikkelen, in samenwerking met U of I Technology Services, om deze kleurverandering te kwantificeren met behulp van de smartphone-applicatie. Met een mobiele telefoon, degenen die nutriëntenniveaus in verrijkt voedsel zouden evalueren, nemen een foto van de papiersensor, nadat de kleuren verschijnen, en de app analyseert het ijzergehalte.

traditioneel, de gouden standaardmethode voor het meten van ijzer in voedselmonsters, Andrade legt uit, is het gebruik van atomaire absorptie- of emissiespectroscopie. Echter, dit type analyse kan duur zijn, vereist opgeleid personeel, en wordt meestal alleen gevonden in laboratoria aan universiteiten of particuliere industrieën.

Maar Andrade legt uit dat smartphones toegankelijk zijn in low-resource-instellingen. "Studies tonen aan dat er een penetratie van mobiele telefoons is in lage-inkomenslanden. We zijn er geweest, en we begrijpen de context, dus brengen we dat naar het ontwerp van deze op papier gebaseerde technologieën."

Waller reisde naar Mexico op een Fulbright Fellowship om de nauwkeurigheid en consistentie van de sensor te valideren bij het detecteren van ijzer met behulp van voedsel uit een echt verrijkingsprogramma. in vergelijking met de traditionele methode voor het beoordelen van nutriëntenniveaus. Naast het ontwikkelen van een goedkope monstervoorbereidingskit die valide, nauwkeurig, en betrouwbare metingen, een van de experimenten die ze in Mexico deed, was om de resultaten van de smartphone-app te vergelijken met de resultaten op een desktopcomputer met software.

"Een van de aspecten die in dit artikel worden gepubliceerd, is de naadloze overgang van een desktop- naar een smartphone-gebaseerde analyse zonder de prestaties en validiteit van de sensor in gevaar te brengen. " zegt Andrade. "In onze eerste studies, we hebben een foto gemaakt met een mobiele telefoon of camera, het gedigitaliseerd, en analyseerde het met behulp van computersoftware. Maar wat als de telefoon zelf de analyse doet in plaats van deze naar een desktopcomputer te brengen? Zal de verkregen waarde dezelfde zijn? Dat is wat we moesten testen, en het antwoord is ja."

Andrade voegt eraan toe dat de validatie van op papier gebaseerde tests van cruciaal belang is. "Veel labs ontwikkelen innovatieve detectieplatforms, maar weinigen valideren hun technologieën in het veld, " hij voegde toe.

De krant, "Ontwikkeling van een op papier gebaseerde sensor die compatibel is met een mobiele telefoon voor de detectie van gebruikelijke ijzerformules in verrijkte voedingsmiddelen binnen beperkte omgevingen, " is gepubliceerd in voedingsstof .