Ztráty v miliardách dolarů – to jsou roční náklady na subklinickou mastitidu pro globální mlékárenský průmysl. Jaká je hlavní obtíž? Tato forma onemocnění je skrytá.
Krávy vypadají zdravě. Vemeno nenabobtná, mléko se nesráží do hrudek. Klinická mastitida se projevuje otevřeně, zatímco subklinická forma působí skrytě, ničí kvalitu mléka a zdraví zvířete zevnitř. V době, kdy tradiční metody (jako je kalifornský test, který vyžaduje laboratorní čas a trpělivost) odhalí problém, již byly způsobeny značné škody. Dr. Azahar Ali z Virginia Tech zažívá tento začarovaný kruh neustále. Kvůli zpožděním v diagnóze jsou ztraceny miliony finančních prostředků.
Vypadá to, že už ne.
Ali a jeho tým vytvořili nové řešení. Nazvali to 2,5D MiSENSE (Microarchitected Sensing ElectroDE). Je to velikost mince. Tištěno. Levný. Proměňuje syrové mléko v okamžitý diagnostický nástroj přímo na farmě, takže nemusíte čekat na výsledky z laboratoře.
Tajemství nespočívá v drahé výrobě v čistých prostorách, ale v chytrém tisku a chemii na zakázku.
„Byli jsme schopni dosáhnout vysoce výkonného biosnímání bez použití drahých čistých prostor,“ říká Matin Ataei Kachuei, postgraduální student na Virginia Tech.
Senzor detekuje specifický enzym NAG (N-acetyl-β-D-glukosaminidáza). Je biomarkerem zánětu přítomného v těle, i když příznaky nejsou viditelné pouhým okem. Jeho odhalením v rané fázi lze zastavit progresi onemocnění. Zpoždění vede ke ztrátě mléka a riziku pro zvíře. Současným úzkým místem byla citlivost: syrové mléko je složitý, hlučný materiál a koncentrace NAG v raných stádiích je velmi nízká.
Inženýři vyřešili problém citlivosti pomocí tvaru.
Elektrodu vytiskli 3D a vytvořili na ní mikroskopické hřebeny a pyramidy – drobné struktury široké asi 80 mikronů. Tyto prvky spadají mezi standardní dvourozměrný povrch a trojrozměrný objem. Odtud název 2.5D. Tento vertikální reliéfní povlak zvětšuje povrch a aktivně směřuje molekuly do detekčního bodu. Difúze probíhá rychleji. Výsledek je rychlejší.
Aby efektivně pracovali se samotným mlékem, potáhli tyto hřebeny MXene, elektrokatalyzátorem bez kyslíku, který pomáhá udržet protilátky biomarkerů na místě. Vzhledem k tomu, že syrové mléko je špinavý vzorek, jsou nezpracovaná data signálu zpracována algoritmy strojového učení. Kód odděluje užitečný signál od šumu. Zdravá kráva nebo nemocná kráva? Zařízení lze zjistit během několika minut.
co bude dál?
V tomto okamžiku se očekává, že nanovrstvé povlaky budou odolnější vůči drsným zemědělským podmínkám. Přenosné čtečky jsou ve vývoji. Plán vývoje zahrnuje integraci s automatickými dojicími systémy a detekci více markerů současně. Čekají nás rozsáhlé testy v terénu.
Bude se to zítra používat ve všech stodolách? Pravděpodobně ne. Ale v tomto případě se technologie spíše přizpůsobuje prostředí, než aby okolí nutilo přizpůsobit se technologii.
