细菌驱动的人工舌头可以检测酒精中的添加剂

该原型机轻巧便携,可近乎即时地分析样品。
Close up of white wine bottle pouring into wine glass
新设备可近乎即时地分析酒精饮料。来源:Deposit Photos

一种由基因工程改造的细菌构成的小型设备,可能很快就能像人工舌头一样,快速分析酒精饮料的化学成分。利用目前用于 DNA 测序的生物纳米孔技术,这些新工具甚至有一天可以检测饮料是否掺有不希望的添加剂,甚至是致命的毒素。

Portable nanopore analysis of alcoholic beverages. A variety of compounds in alcoholic beverages can be analyzed simultaneously by nanopore modified with compatible adapters. Depending on the type of alcoholic beverage, different sets of event barcodes are reported. The whole nanopore setup can be portable and may contain multiple channels for high-throughput analysis.
整个纳米孔装置可以便携,并可能包含多个通道以实现高通量分析。来源:Matter

目前的纳米孔技术依赖于经过改造的细菌,通常是鸟分枝杆菌,来进行微观的化学评估。为了做到这一点,专家们首先在细菌的细胞膜上制造出只有几纳米宽的极其微小的孔洞。然后,研究人员将处理过的生物体混合到液体中,然后对溶液施加微小的电荷。液体中的分子在通过M. smegmatis纳米孔时会发出独特的信号,这类似于条形码扫描。从那里,一个经过机器学习训练的程序几乎可以即时识别和解读电信号。尽管最初用于改变遗传学家的DNA 测序方法,但中国南京大学的研究人员最近提出了理论,认为同样的策略可以应用于葡萄酒等酒精饮料。

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即使在许多国家都有严格的饮料监管法律的情况下,研究表明,污染仍然是“普遍存在且显著的问题”,影响公众健康。在老挝等国家,甲醇污染的酒精是一个严重的问题,每年导致数百人死亡。而现有的液体色谱等检测器需要由受过训练的专业人员操作的笨重且昂贵的设备,研究人员将他们的原型机比作像 COVID-19 抗原检测一样简单小巧的东西。他们的研究结果发表在《Matter》杂志上,为更安全、更统一的酒精饮料提供了充满希望的新途径。

在对包括威士忌、白兰地、中国白酒和白葡萄酒在内的各种酒精饮料的化学成分进行独特的算法学习模型训练后,研究人员将每种液体的液滴应用于他们的设备。他们的工具能够根据其纳米孔读数准确地对每种样品进行分类,他们认为这凸显了其“在酒精饮料制造和食品安全方面的重要性”。

他们补充说:“这些结果也启发了纳米孔分级葡萄酒甜度以及添加剂定量测量技术的应用。”

例如,初步演示表明,该机器可以轻松检测出外部添加的蔗糖和 D-酒石酸。尽管目前其数据库相对有限,但研究人员认为,扩大其设备可评估范围只是时间和努力的问题。

该研究的合著者 Shuo Huang 在 12 月 17 日接受《New Scientist》采访时表示:“它可以为产品提供定量标准,并且还可以轻松地发现假冒的酒精饮料产品。” Huang 补充说,这种便携、易于使用的设备最终可能通过能够标记包括甲醇在内的有害或致命添加剂来拯救生命。

 

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