光等离子体传感器对牛奶的快速现场分析

食品安全和食品质量的标准在德国和整个欧盟较往年提高很多，且在乳制品行业尤其如此。微量的杂质，农药和抗生素进入牛奶可能会对消费者的健康造成严重后果。弗劳恩霍夫研究所及其合作伙伴正开展 “ MOLOKO”项目研究，该项目生产微流控芯片和光学器件以现场测试样品。

在欧盟资助的MOLOKO项目中，Fraunhofer研究所的研究人员与合作伙伴开发了一种新型光等离子体传感器，旨在对牛奶的安全性和质量参数进行快速的现场分析。这种系统将为业界节省大量时间和金钱，并大大减少浪费的产品，从而有助于改善整个供应链的绩效。

带有集成光源和检测器的芯片，用于分析牛奶污染物。

食品安全是食品工业中的关键因素，尤其是在乳品行业。在这个行业中，奶牛乳房感染会导致有害生物进入牛奶，而诸如抗生素或农药之类的化学物质会通过饲料或由于对设备和存储设施的控制不足而污染产品。为了防止掺假牛奶进入食物链，在整个生产过程和供应链中都要进行检查。从牛奶罐中抽取样品，其中包含从任何数量的奶牛场收集的产品混合物，然后在实验室中进行分析。如果牛奶被证明受到污染，则必须销毁全部负载，对所有有关的奶农和奶牛场造成巨大损失。如果有一项测试，让农民可以在罐车收集牛奶之前检查自己的牛奶，就可以避免这种浪费。

在MOLOKO（用于基于等离子激元的牛奶中污染物在线检测的复合声光传感器）中，来自七个国家的12个合作伙伴（包括一个乳制品厂）设计了一种快速而廉价的测试方法，用于识别牛奶中的质量参数。

测试时间短

一个新的光电等离子体传感器可在持续约五分钟的测试中分析牛奶产品中总共六种物质，从而在牛奶被泵入罐车之前，对供应链内的产品进行了补充检查和预警。该传感器通过将特定抗体的受体功能化，该受体可作为牛奶各种质量和安全参数的指标。因此，它使奶牛场可以进行自动化的现场定量分析。

集成传感器

整个系统由可重复使用的微流体芯片，有机发光晶体管（OLET）或二极管（OLED），包含有机光电探测器（OPD）的传感器，纳米结构的等离激元光栅和特异抗体组成。

有机光电探测器正在Fraunhofer有机电子研究所，电子束和等离子体技术（FEP）以及电子纳米系统研究所（ENAS）的微流控芯片中进行开发。同时，OLET由CNR-ISMN和Plasmore Srl公司开发。“我们芯片的独特之处在于它可以重复使用。”Fraunhofer ENAS研究员Andreas Morschhauser说，“目标分子通过再生缓冲液从固定的抗体上剥离。这意味着抗体可以重新用于进一步的测试。”

实际上，芯片的估计寿命为100个测试周期。在每个测试中，总共测量了六个与污染物和蛋白质有关的参数。为此，Morschhauser和他的同事们开发了一种微型，可更换的自动化微型药筒形式的微流体系统。

除了提供有关牛奶安全性和质量的信息外，测得的参数还可以提供每头母牛健康状况的信息。这有助于农民在早期发现感染并立即开始治疗，及时治疗可更谨慎地使用抗生素，从而减少抗生素的使用。

纳米结构光栅

Fraunhofer FEP的研究员MichaelTörker博士将测试过程解释为：晶体管发出的光落到光栅上，光栅上涂有对各种被测物质具有特异性的抗体。当牛奶流过光栅时，牛奶中的任何目标分子都会与抗体结合。这改变了紧邻光栅的折射率，进而改变了该光的反射方式。反射光由光电检测器记录，该光电检测器测量折射率的最小变化。这种基本现象发生在特殊结构的纳米光栅上，称为表面等离子体共振。它提供快速且高度敏感的读数。

这种生物传感器–既可作为实验室设备，也可直接安装在乳制品设备中。此外，它也适用于测试除牛奶以外的其他液体的质量，例如啤酒或水。唯一需要的调整是对固定的捕获分子和所需反应缓冲液。这涉及将捕获分子替换为针对所述目的进行适当修饰。

光等离子体芯片开发的初步研究结果将在2020年1月7日至10日在内华达州拉斯维加斯举行的CES 2020进行展示。该项目已获得欧盟Horizon 2020研究与创新计划（MOLOKO）的资助。