PhoBioSens

Sinds de voortgangsrapportage zijn de volgende werkzaamheden
uitgevoerd:
WP1 Definitie randvoorwaarden: In dit WP zijn de wensen van
consortiumpartners/eindgebruikers (Kromhof, QLIP en FrieslandCampina),
onderzocht en is een lijst met randvoorwaarden opgesteld. N.a.v. de
input/feedback van de eindgebruikers zijn deze randvoorwaarden in de loop
van het project geupdated.
WP2 Fotonische chip coating: In dit werkpakket is verder gewerkt aan het
coaten van het chipoppervlak met specifieke receptoren (aptameren en
monoclonale antilichamen) en blocking agents (BSA) om de gekozen
antibiotica in WP1 (tetracyclines) reproduceerbaar en specifiek te meten. Het
immobiliseren van receptoren op het chipoppervlak door het gebruik van
hydrogel als functionalisatie laag en blocken met BSA is geoptimaliseerd
door het variëren van de concentratie van zowel receptoren als BSA en
vervolgens is er een definitief coatingsprotocol opgesteld. Voor het
aanbrengen van receptoren op het gefunctionaliseerde chipoppervlak wordt
een ’continuous-flow-microfluidic spotter’ gebruikt. Daarnaast is in
samenwerking met consortiumpartner LipoCoat het gebruik van alternatieve
chip functionalisatie methoden onderzocht m.b.v. een lipiden laag en er is
een eerste protocol gedefinieerd.
WP3 LOC packaging: Bestaande fotonische chip configuraties van microring
resonatoren (MRR: ontwikkeld door consortiumpartner Lionix in SiONTriPleX technologie), die aanwezig zijn in het lab van consortiumpartner
NanoPhysics, werden gecoat met specifieke receptoren en blocking agents
voor specifieke detectie van tetracyclines. Een in-house ontworpen flowcell
(NanoBio) werd gebruikt als fluïdisch systeem voor het aanbrengen van de
te analyseren vloeistof (buffer/wei/melk) op het chipoppervlak dat al gecoat
is met specifieke receptoren/aptameren en blocking agents. De fotonische
MRR-chip geïntegreerd met het fluïdisch systeem werd verder toegepast
voor het optimaliseren van het coating protocol in WP2. Daarnaast hebben
we SiN chip samples voorbereid voor LipoCoat om chip functionalisatie met
een lipiden laag te testen/karakteriseren. Tenslotte is een flowcel met 2
fluidische kanalen ontwikkeld met het doel om de specificiteit van
tetracyclinemetingen te verbeteren door het vergelijken van het signaal van
meetkanalen met het referentiesignaal.
WP4 Demonstator integratie: Reeds bestaande demonstrator (optical
alignment set-up) prototype is aangepast/verbeterd, met name m.b.t. het
fluidische systeem. De aangepaste demonstrator is getest en gevalideerd
t.a.v. SNR, stabiliteit en drift. Daarnaast is er binnen dit project een MRR
sensor prototype (Delta Diagnostics) gebruikt voor het meten van antibiotica
(tetracyclines) in melk.
WP5 Validatie in de praktijk: Binnen WP5 is de demonstrator getest en
gevalideerd, eerst met antibiotica (tetracycline) monsters in eenvoudige
media, zoals buffer, en vervolgens in complexe media zoals (verdund)
melk. Verschillende tetracycline concentraties zijn gemeten van 100 ng/mL
tot 100 µg/mL, zowel in buffer als in (verdunde) melk. De specificiteit van
tetracyclinedetectie in melk is getest door het gebruik van negatieve en
positieve controles.
WP6 Disseminatie, communicatie en exploitatie: Binnen dit WP zijn
meerdere activiteiten uitgevoerd, zoals de presentatie van de behaalde
resultaten op (inter-)nationale conferenties, de organisatie van een specialtopic sessie rondom dit project tijdens Internationale MicroNano
Conferentie (1-2 november 2022, in samenwerking met consortiumpartner
MinacNed), de realisatie van een keuzevak (zgn. tutorial) in de Master
Applied Nanotechnology gebaseerd op de resultaten en met name de
kennis gegenereerd in dit project, etc.
De doelstellingen van alle WPn, behalve WP5 m.b.t. benchmarking van de
Formulier eindrapportage
Nationaal Regieorgaan Praktijkgericht Onderzoek SIA Pagina 4 van 8
Algemeen
demonstrator met gouden standaard methoden, zijn volledig behaald.
Binnen WP3 zijn er zelfs veel meer resultaten m.b.t. de ontwikkeling van
het microfluidisch systeem behaald dan gepland.

Nauwkeurige en snelle detectie van verontreinigingen in voedselproducten is een noodzakelijk maar vaak lastig en technisch ingewikkeld proces. Huidige gouden standaard methoden zijn vooral gebaseerd op nauwkeurige maar dure lab technieken die verontreinigingen kunnen detecteren in verschillende samples. Snellere en goedkopere beschikbare alternatieve technieken bestaan veelal uit dipstick methoden die onvoldoende nauwkeurig zijn en slechts één stof kunnen detecteren. De recente fipronil-affaire laat nogmaals zien dat, ondanks de enorme technologische vooruitgang in detectie technologie, er nog steeds een grote behoefte is aan goedkope, snelle en betrouwbare tests voor het routinematige screenen van voedselproducten.

De zuivelindustrie is zeer geïnteresseerd in een snelle, handzame en kosten-effectieve methode om verontreinigingen zoals antibiotica en bacteriën in melk, wei en babyvoeding te detecteren, omdat de huidige standaard detectie methoden, die zij gebruiken, duur en zeer tijds- en arbeids-intensief zijn. Het duurt meestal uren tot dagen voordat een betrouwbaar resultaat is verkregen. Een snellere analyse van de melk bespaart enorme kosten die nu gemaakt worden met het vernietigen van grote hoeveelheden melk (waar sporen van antibiotica worden gevonden) als gevolg van de late beschikbare uitslag. Daarnaast resulteert een snellere analyse in een snellere vrijgave voor de distributie van melkproducten en draagt zo bij tot directe besparingen in operationele kosten.

In samenwerking met een aantal MKB-bedrijven en andere relevante partners zal Saxion in dit project een draagbare demonstrator realiseren voor snelle, handzame en multiplexe detectie van antibiotica zoals tetracyclines in melk, gebaseerd op een multikanaals fotonische sensor prototype.. Verschillende bestaande innovatieve technologieën zoals lab-on-a-chip, microfluidica, inkjet-printing en geïntegreerde fotonische sensoren zullen in een demonstrator geïntegreerd worden om het gestelde doel te bereiken. De draagbare demonstrator is een eerste stap richting een handheld device dat in staat is om ter plaatse, zoals bij melkveehouderijen en melkfabrieken, antibiotica in melk snel en nauwkeurig te kunnen detecteren.