Molti paesi a basso reddito si sono rivolti a programmi di fortificazione alimentare di massa per affrontare le carenze nutrizionali nelle loro popolazioni. Ma molti di questi programmi mancano delle risorse necessarie per determinare se la quantità appropriata di nutrienti è costantemente presente in quei prodotti alimentari.

Un team di ricercatori dell'Università dell'Illinois ha sviluppato un conveniente, affidabile sensore basato su carta che funziona con un'app per cellulare, anch'essa sviluppata presso U of I, per rilevare i livelli di ferro nei prodotti alimentari fortificati.

La nuova tecnologia combina chimica, ingegneria, nutrizione, e la scienza dell'alimentazione per sviluppare il sensore di carta che cambia colore in grado di rilevare il ferro negli alimenti, insieme alla tecnologia dell'informazione per sviluppare l'app per cellulari facile da usare e accessibile in ambienti a basso reddito.

Anna Waller, un dottorando presso il Dipartimento di Scienze dell'Alimentazione e della Nutrizione Umana, e il laboratorio IGNITE, ha condotto lo studio, che viene pubblicato sulla rivista Nutrienti .

"Studiamo programmi di fortificazione come mezzo per ridurre le carenze di micronutrienti nei paesi a basso reddito, " Spiega Waller. "Uno degli inviti all'azione per migliorare l'efficacia o il successo di questi programmi è aumentare il monitoraggio e la valutazione di questi programmi, che manca in molti contesti a basso reddito. Ma farlo richiede così tante infrastrutture e personale di laboratorio che spesso non sono disponibili in questi contesti".

Juan Andrade, professore associato di nutrizione nel dipartimento e coautore dello studio, spiega che la fiducia tra i consumatori, le aziende che trasformano i prodotti alimentari, e i governi che regolano i programmi di fortificazione sono fondamentali. La nuova tecnologia, lui dice, indirizza quella fiducia.

"Alla fine della giornata hai uno strumento su cui tutti sono d'accordo, questo è valido, semplice, e a basso costo, che ti dà risultati su un cellulare. Se il telefono può connettersi al cloud, e il cloud è connesso a un ufficio governativo o all'ufficio dell'azienda, possono monitorare e mantenere i record che supportano le loro affermazioni. Tutto viene raccolto e conservato. Non c'è spazio per il disaccordo. Ecco perché questa è una grande tecnologia da realizzare".

Waller ha iniziato esaminando diversi tipi di biosensori. "Il sensore cartaceo si è distinto per il fatto che sembrava essere il più economico e il più semplice da usare, che si allinea con i criteri dell'Organizzazione Mondiale della Sanità per lo sviluppo di questi tipi di tecnologie, "aggiunge.

Uno dei maggiori ostacoli, Waller dice, stava decidendo quale supporto di carta usare. Ha visto in studi precedenti sui sensori cartacei, che le carte idrofile, che assorbono acqua, sono più spesso utilizzati. "Poiché misuriamo il ferro aggiunto in una matrice di cibo essiccato, dovevamo prima dissolverlo in una soluzione acida. Però, quando abbiamo usato la carta idrofila, la macchia di colore che si sviluppava era molto incoerente e il colore non era facile da misurare perché il campione si stendeva sulla carta idrofila, "dice Waller.

Ha continuato a testare carte che avrebbero supportato lo sviluppo della macchia di colore che stavano misurando, e adagiato su una carta idrofoba, che è incorporato con silicone. Ciò ha ridotto l'eterogeneità della macchia di colore sulla carta, e ha fornito un output più accurato e affidabile.

Usando il suo background in chimica, ha quindi studiato diverse reazioni con il ferro che potrebbero produrre un visibile cambiamento di colore sulla carta, atterrando sulla reazione della ferrozina, che funziona nella più ampia gamma di temperature. Ha ridotto la quantità dei liquidi nella soluzione a una piccola quantità di microlitri, mettilo sulla carta, e asciugato.

Andrade spiega, "Questo metodo ha meno interferenze [con altri nutrienti]. Ha un colore magenta brillante. Quindi, quando vedi la macchia sui fogli, tutto è concentrato. Ecco perché il colore è così vibrante, e si asciuga velocemente. Il colore è molto stabile e rimane lo stesso quando si asciuga.

"Ci è voluto un po' di tempo per capire quale metodo, perché se il colore va via, sono state fatte, " aggiunge. "Questa è una reazione molto stabile, e il colore è rimasto stabile per due anni."

Questo processo ha portato al test su carta che cambia colore in risposta al ferro negli alimenti fortificati. I ricercatori hanno utilizzato farina di grano della Tanzania e latte artificiale che erano già stati fortificati per testare il loro sensore. Hanno fortificato la farina di mais nello studio con ferro ai livelli raccomandati dall'Organizzazione Mondiale della Sanità.

Il team ha anche ricevuto una sovvenzione dall'ADM Institute for Postharvest Loss per sviluppare un'app per smartphone, in collaborazione con U of I Technology Services, per quantificare questo cambiamento di colore utilizzando l'applicazione per smartphone. Con un cellulare, quelli che starebbero valutando i livelli di nutrienti nel cibo fortificato scattano una foto del sensore di carta, dopo che i colori appaiono, e l'app analizza i livelli di ferro.

Tradizionalmente, il metodo gold standard per misurare il ferro nei campioni alimentari, Andrade spiega, è l'uso della spettroscopia di assorbimento atomico o di emissione. Però, questo tipo di analisi può essere costoso, richiede personale qualificato, e di solito si trova solo nei laboratori delle università o delle industrie private.

Ma Andrade spiega che gli smartphone sono accessibili con impostazioni a bassa risorsa. "Gli studi mostrano che c'è una penetrazione dei cellulari nei paesi a basso reddito. Ci siamo stati, e capiamo il contesto, quindi lo portiamo nella progettazione di queste tecnologie basate su carta".

Waller si è recato in Messico con una borsa di studio Fulbright per convalidare l'accuratezza e la coerenza del sensore nel rilevamento del ferro utilizzando alimenti provenienti da un vero programma di fortificazione, rispetto al metodo tradizionale di valutazione dei livelli di nutrienti. Oltre a sviluppare un kit di preparazione del campione economico che fornisce validi, preciso, e misurazioni affidabili, uno degli esperimenti che ha fatto in Messico è stato quello di confrontare i risultati dell'app per smartphone rispetto ai risultati su un computer desktop utilizzando un software.

"Uno degli aspetti pubblicati in questo documento è la transizione senza soluzione di continuità da un'analisi basata su desktop a un'analisi basata su smartphone senza compromettere le prestazioni e la validità del sensore, " Dice Andrade. "Nei nostri studi iniziali, abbiamo scattato una foto con un cellulare o una macchina fotografica, digitalizzato, e analizzato utilizzando un software per computer. Ma cosa succede se il telefono stesso esegue l'analisi invece di portarlo su un computer desktop? Il valore ottenuto sarà lo stesso? Questo è quello che abbiamo dovuto testare, E la risposta è si."

Andrade aggiunge che la convalida dei test cartacei è fondamentale. "Molti laboratori sviluppano piattaforme di rilevamento innovative, ma pochi convalidano le loro tecnologie sul campo, " Ha aggiunto.

La carta, "Sviluppo di un sensore cartaceo compatibile con un telefono cellulare per il rilevamento di formule comuni di ferro negli alimenti fortificati in ambienti con risorse limitate, " è pubblicato in nutriente .