De nombreux pays à faible revenu se sont tournés vers des programmes d'enrichissement de masse des aliments pour remédier aux carences nutritionnelles de leurs populations. Mais bon nombre de ces programmes ne disposent pas des ressources nécessaires pour déterminer si la quantité appropriée de nutriments est constamment présente dans ces produits alimentaires.

Une équipe de chercheurs de l'Université de l'Illinois a mis au point un capteur papier fiable qui fonctionne avec une application pour téléphone portable, également développée à l'U of I, pour détecter les niveaux de fer dans les produits alimentaires enrichis.

La nouvelle technologie combine la chimie, ingénierie, nutrition, et la science alimentaire pour développer le capteur de papier à changement de couleur qui peut détecter le fer dans les aliments, ainsi que la technologie de l'information pour développer l'application de téléphone portable facile à utiliser qui est accessible dans les milieux à faible revenu.

Anna Waller, doctorant au Département des sciences de l'alimentation et de la nutrition humaine, et le laboratoire IGNITE, a dirigé l'étude, qui est publié dans la revue Nutriments .

"Nous étudions les programmes d'enrichissement comme moyen de réduire les carences en micronutriments dans les pays à faible revenu, " explique Waller. " L'un des appels à l'action pour améliorer l'efficacité ou le succès de ces programmes est d'accélérer le suivi et l'évaluation de ces programmes, ce qui fait défaut dans de nombreux milieux défavorisés. Mais pour ce faire, il faut tellement d'infrastructures de laboratoire et de personnel qui souvent ne sont pas disponibles dans ces contextes. »

Juan Andrade, professeur agrégé de nutrition dans le département et co-auteur de l'étude, explique que la confiance entre les consommateurs, les entreprises qui transforment les produits alimentaires, et les gouvernements qui réglementent les programmes de fortification est la clé. La nouvelle technologie, il dit, adresse cette confiance.

"En fin de compte, vous avez un outil sur lequel tout le monde est d'accord, c'est valable, Facile, et à petit prix, qui vous donne des résultats sur un téléphone portable. Si le téléphone peut se connecter au cloud, et le cloud est connecté à un bureau du gouvernement ou au bureau de l'entreprise, ils peuvent surveiller et conserver les dossiers qui appuient leurs réclamations. Tout est collecté et stocké. Il n'y a pas de place pour le désaccord. C'est pourquoi il s'agit d'une excellente technologie à mettre en place."

Waller a commencé par examiner différents types de biocapteurs. "Le capteur papier s'est vraiment démarqué en ce qu'il semblait être le moins cher et le plus simple à utiliser, qui s'aligne sur les critères de l'Organisation mondiale de la santé pour le développement de ces types de technologies, " Elle ajoute.

L'un des principaux obstacles, Waller dit, décidait quel substrat de papier utiliser. Elle a vu dans des études précédentes sur les capteurs à base de papier, que les papiers hydrophiles, qui absorbent l'eau, sont le plus souvent utilisés. « Parce que nous mesurons le fer ajouté dans une matrice d'aliments séchés, nous devions d'abord le dissoudre dans une solution acide. Cependant, lorsque nous avons utilisé le papier hydrophile, la tache de couleur qui s'est développée était très irrégulière et la couleur n'était pas facile à mesurer car l'échantillon s'étalait sur le papier hydrophile, ", dit Waller.

Elle a continué à tester des papiers qui soutiendraient le développement de la tache de couleur qu'ils mesuraient, et déposé sur un papier hydrophobe, qui est incrusté de silicone. Cela a réduit l'hétérogénéité de la tache de couleur sur le papier, et fourni une sortie plus précise et fiable.

Grâce à sa formation en chimie, elle a ensuite recherché différentes réactions avec le fer qui pourraient produire un changement de couleur visible sur le papier, atterrissage sur la réaction ferrozine, qui fonctionne dans la plus large plage de températures. Elle a réduit la quantité de liquides dans la solution à un petit microlitre, le mettre sur le papier, et l'a séché.

Andrade explique, "Cette méthode a moins d'interférences [avec d'autres nutriments]. Elle a une couleur magenta brillante. Donc, quand vous voyez le frottis sur les papiers, tout est concentré. C'est pourquoi la couleur est si vibrante, et il sèche vite. La couleur est très stable et reste la même lorsqu'elle sèche.

« Il a fallu un certain temps pour trouver quelle méthode, car si la couleur s'en va, avaient fini, " ajoute-t-il. " C'est une réaction très stable, et la couleur est restée stable pendant deux ans."

Ce processus a abouti au test sur papier qui change de couleur en réponse au fer dans les aliments enrichis. Les chercheurs ont utilisé de la farine de blé tanzanienne et des préparations pour nourrissons déjà enrichies pour tester leur capteur. Ils ont enrichi la farine de maïs dans l'étude avec du fer aux niveaux recommandés par l'Organisation mondiale de la santé.

L'équipe a également reçu une subvention de l'ADM Institute for Postharvest Loss pour développer une application pour smartphone, en collaboration avec U of I Technology Services, de quantifier ce changement de couleur à l'aide de l'application smartphone. Avec un téléphone portable, ceux qui évalueraient les niveaux de nutriments dans les aliments enrichis prennent une photo du capteur papier, après l'apparition des couleurs, et l'application analyse les niveaux de fer.

Traditionnellement, la méthode de référence pour la mesure du fer dans les échantillons d'aliments, Andrade explique, est l'utilisation de la spectroscopie d'absorption ou d'émission atomique. Cependant, ce type d'analyse peut être coûteux, nécessite du personnel qualifié, et ne se trouve généralement que dans les laboratoires des universités ou des industries privées.

Mais Andrade explique que les smartphones sont accessibles dans des paramètres à faibles ressources. "Des études montrent qu'il y a une pénétration des téléphones portables dans les pays à faible revenu. Nous y sommes allés, et nous comprenons le contexte, nous apportons donc cela à la conception de ces technologies à base de papier."

Waller s'est rendu au Mexique dans le cadre d'une bourse Fulbright pour valider la précision et la cohérence du capteur dans la détection du fer à l'aide d'aliments issus d'un programme d'enrichissement réel, par rapport à la méthode traditionnelle d'évaluation des niveaux de nutriments. Outre le développement d'un kit de préparation d'échantillons peu coûteux qui fournit des précis, et des mesures fiables, l'une des expériences qu'elle a menées au Mexique consistait à comparer les résultats de l'application pour smartphone par rapport aux résultats sur un ordinateur de bureau à l'aide d'un logiciel.

"L'un des aspects publiés dans cet article est la transition transparente d'une analyse basée sur un ordinateur de bureau à une analyse basée sur un smartphone sans compromettre les performances et la validité du capteur, " dit Andrade. " Dans nos études initiales, nous avons pris une photo avec un téléphone portable ou un appareil photo, l'a numérisé, et l'a analysé à l'aide d'un logiciel informatique. Mais que se passe-t-il si le téléphone lui-même effectue l'analyse au lieu de le transférer sur un ordinateur de bureau ? La valeur obtenue sera-t-elle la même ? C'est ce que nous avons dû tester, Et la réponse est oui."

Andrade ajoute que la validation des tests sur papier est essentielle. « De nombreux laboratoires développent des plateformes de détection innovantes, mais peu valident leurs technologies sur le terrain, " il ajouta.

Le papier, "Développement d'un capteur papier compatible avec un téléphone mobile pour la détection de formules de fer courantes dans les aliments enrichis dans des environnements à ressources limitées, " est publié dans Nutritif .