Bakterien auf Oberflächen in fünf Minuten nachweisen – per Smartphone

Die Technologie mit dem Namen BactiSee, die auf mehr als zehn Jahren Forschung basiert, wurde in ein Unternehmen namens HertZ Innovation, Inc. ausgegliedert, das sie auf den Markt bringen will, um den Bedarf an einer Kontrolle der Übertragung bakterieller Risiken zu decken.

"BactiSee sieht aus wie ein COVID-Test gekreuzt mit einem Smartphone", sagt Yuzhen Zhang, eine Postdoktorandin an der UMass Amherst, deren Arbeit dazu beigetragen hat, die mit ihrer Beraterin und jetzigen Geschäftspartnerin Lili He, Professorin und Leiterin der Abteilung für Lebensmittelwissenschaften an der UMass Amherst, durchgeführten Forschungsarbeiten in eine marktfähige Technologie zu verwandeln.

Derzeit ist die zuverlässigste Methode zur Messung der bakteriellen Verunreinigung von Oberflächen ein Tupfer- und Kulturtest in einem Labor - ein Prozess, der ein bis zwei Tage dauern kann und daher für Routineentscheidungen vor Ort unpraktisch ist.

Eine schnellere Alternative, die ATP-Überwachung, kann Ergebnisse in Sekundenschnelle liefern. Sie misst jedoch eher die gesamten organischen Rückstände als die spezifischen Bakterien, was zu uneinheitlichen oder irreführenden Bewertungen der Sauberkeit führen kann.

"BactiSee bietet eine direkte und zuverlässige Messung der bakteriellen Kontamination, wobei die Ergebnisse in etwa fünf Minuten vorliegen", erklärt Zhang. "Diese schnelle mikrobielle Risikoprüfung vor Ort gibt den Anwendern ein größeres Vertrauen in die Sauberkeit der Oberflächen, unterstützt effektivere Entscheidungen zur Desinfektion und trägt zur Verringerung vermeidbarer Kreuzkontaminationen bei."

Das Herzstück der Technologie ist eine chemische Beschichtung, die einer von He's Labormitarbeitern zufällig entdeckt hat. "Wir erhielten einen Forschungszuschuss, um ein komplexes System zu entwickeln, mit dem wir Bakterien nachweisen können", sagt He, "und die Beschichtung sollte nur ein Schritt in diesem Prozess sein." Aber der Student entdeckte, dass die Beschichtung selbst es den Forschern ermöglichte, die einzelnen Bakterienzellen ohne all die anderen komplizierten Zwischenschritte zu sehen. Die Beschichtung ermöglicht auch eine bakterienspezifische Erfassung, wodurch Störungen durch Lebensmittelrückstände und Desinfektionsmittel, die bei der ATP-Methode auftreten, auf ein Minimum reduziert werden. Die Technologie ist durch mehrere Patente geschützt, wobei zusätzliches geistiges Eigentum und Markenschutz für BactiSee gesichert sind.

Zhang und He arbeiteten mit der UMass Amherst's Dining Commons, Environmental Health and Safety und University Health Services zusammen, um die Leistung von BactiSee in der Praxis an 29 verschiedenen Stellen an sieben verschiedenen Orten auf dem Campus zu testen.

Nach der Entnahme einer Probe liefert BactiSee ein visuelles Bild der einzelligen Bakterien auf dem beschichteten Substrat, eine quantitative Zellzählung und eine einfache Bewertung der Ergebnisse. In diesen Feldtests zeigte das System eine starke Übereinstimmung mit herkömmlichen kulturbasierten Methoden und lieferte die Ergebnisse in einem Bruchteil der Zeit.

"Wir glauben, dass diese Zusammenarbeit ein gutes Beispiel dafür ist, wie das UMass-Ökosystem die von der UMass entwickelten Technologien unterstützt, indem es dazu beiträgt, die Lücke zwischen der Innovation im Labor und den Auswirkungen in der realen Welt zu schließen", so Zhang und He. "Letztlich kann unsere Forschung durch die campusübergreifende Zusammenarbeit zum Gemeinwohl beitragen, indem sie den Inspektoren die Werkzeuge an die Hand gibt, die sie zum Schutz der öffentlichen Gesundheit benötigen."

Die Entwicklung und Weiterentwicklung von BactiSee wurde zum Teil vom Institut für angewandte Biowissenschaften der UMass Amherst unterstützt, das eine entscheidende Rolle beim Übergang von der Grundlagenforschung zur Validierung in der Praxis und zur frühen Kommerzialisierung gespielt hat.

Das BactiSee-Team arbeitet derzeit mit einer ausgewählten Gruppe von frühen Anwendern zusammen und ist bestrebt, diese Kooperationen zu erweitern, während es gleichzeitig strategische Partner und Investoren sucht, um die Markteinführung der Technologie zu unterstützen.