美國研究人員開發(fā)了一種基于石墨烯的電化學(xué)傳感器，能夠比標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室測試更快地檢測食物中的組胺（過敏原）和毒素。研究小組使用氣溶膠噴射印刷技術(shù)制造了這種傳感器，通過軟件控制按需更改圖案幾何形狀的能力允許快速制作原型并有效優(yōu)化傳感器布局。

美國西北大學(xué)的資深作者馬克·赫薩姆教授說：“我們開發(fā)了一種可氣噴的可印刷石墨烯油墨，能夠有效探索不同的設(shè)備設(shè)計(jì)，這對優(yōu)化傳感器響應(yīng)至關(guān)重要。”

作為一種添加劑制造方法，氣溶膠噴射打印傳感器只在需要的地方沉積材料，從而將浪費(fèi)降到最低，具有成本低、制作簡單和便攜的特點(diǎn)。這可能有助于將其用于需要對食品樣品進(jìn)行持續(xù)現(xiàn)場監(jiān)測以確定和保持產(chǎn)品質(zhì)量的地方。

愛荷華州立大學(xué)的資深作者卡門·戈麥斯教授說：“氣溶膠噴射打印技術(shù)是研制這種傳感器的基礎(chǔ)。石墨烯等碳納米材料具有高導(dǎo)電性、比表面積和生物相容性等獨(dú)特的材料特性，可以顯著改善電化學(xué)傳感器的性能。但是，由于現(xiàn)場電化學(xué)傳感器通常是一次性的，因此它們需要能夠適應(yīng)低成本、高通量和可擴(kuò)展制造的材料，氣溶膠噴射印刷是最好的選擇。”

該團(tuán)隊(duì)在柔性基板上創(chuàng)建了高分辨率的叉指式電極（IDE），通過將單克隆抗體與通過CO2熱退火工藝在石墨烯表面上產(chǎn)生的氧部分共價(jià)連接，將其轉(zhuǎn)換為組胺傳感器。然后，他們在緩沖溶液（PBS）和魚湯中測試了傳感器，看看它們在檢測組胺方面的效果如何。

合著者、愛荷華州立大學(xué)的Kshama Parate說：“我們發(fā)現(xiàn)石墨烯生物傳感器可以檢測PBS和魚湯中的組胺，其毒性相關(guān)范圍分別為6.25至100 ppm（ppm）和6.25至200 ppm，相似的檢測限值分別為2.52和3.41 ppm。這些傳感器的結(jié)果是顯著的，因?yàn)轸~肉中的組胺含量超過50ppm會(huì)對健康造成不良影響，包括嚴(yán)重的過敏反應(yīng)，如可可堿食物中毒。值得注意的是，傳感器還顯示了33分鐘的快速響應(yīng)時(shí)間，而無需對魚樣進(jìn)行預(yù)標(biāo)記和預(yù)處理，這比同等的實(shí)驗(yàn)室測試要快得多。”

研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種生物傳感器的靈敏度并沒有受到食品樣品中常見的用作阻滯劑的大蛋白分子的非特異性吸附的顯著影響。

愛荷華州立大學(xué)的資深作者Jonathan Claussen博士說：“這種生物傳感器可用于食品加工設(shè)施、進(jìn)出口港口和超市，在這些地方需要對食品樣品進(jìn)行持續(xù)的現(xiàn)場監(jiān)測。這種現(xiàn)場檢測將消除送檢食品樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測的需要，這需要額外的處理步驟，增加了組胺分析的時(shí)間和成本，從而增加了食源性疾病和食品浪費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)。”

同時(shí)，它也可能用于其他需要快速監(jiān)測目標(biāo)分子的生物傳感應(yīng)用，因?yàn)槭褂瞄_發(fā)的免疫傳感協(xié)議消除了樣品預(yù)處理。它除了能感應(yīng)小的過敏原分子如組胺外，還可用于檢測細(xì)胞和蛋白質(zhì)生物標(biāo)記物等多種靶點(diǎn)。通過將固定在傳感器平臺(tái)上的抗體轉(zhuǎn)換為一種特定于檢測合適生物目標(biāo)物種的抗體，傳感器可以進(jìn)一步滿足特定應(yīng)用的需要。例如食物病原體（沙門氏菌）、致命的人類疾病（癌癥、艾滋病毒）或動(dòng)植物疾病（禽流感）等。
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