美國(guó)研究人員開(kāi)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(cè)試更快地檢測(cè)食物中的組胺（過(guò)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(guò)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(guó)西北大學(xué)的資深作者馬克·赫薩姆教授說(shuō)：“我們開(kāi)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(duì)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(jiǎn)單和便攜的特點(diǎn)。這可能有助于將其用于需要對(duì)食品樣品進(jìn)行持續(xù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)以確定和保持產(chǎn)品質(zhì)量的地方。

愛(ài)荷華州立大學(xué)的資深作者卡門(mén)·戈麥斯教授說(shuō)：“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(chǎng)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(guò)將單克隆抗體與通過(guò)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?cè)诰彌_溶液（PBS）和魚(yú)湯中測(cè)試了傳感器，看看它們?cè)跈z測(cè)組胺方面的效果如何。

合著者、愛(ài)荷華州立大學(xué)的Kshama Parate說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)石墨烯生物傳感器可以檢測(cè)PBS和魚(yú)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(cè)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~(yú)肉中的組胺含量超過(guò)50ppm會(huì)對(duì)健康造成不良影響，包括嚴(yán)重的過(guò)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(wú)需對(duì)魚(yú)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(cè)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(méi)有受到食品樣品中常見(jiàn)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(ài)荷華州立大學(xué)的資深作者Jonathan Claussen博士說(shuō)：“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(duì)食品樣品進(jìn)行持續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。這種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)將消除送檢食品樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)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(cè)目標(biāo)分子的生物傳感應(yīng)用，因?yàn)槭褂瞄_(kāi)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(guò)敏原分子如組胺外，還可用于檢測(cè)細(xì)胞和蛋白質(zhì)生物標(biāo)記物等多種靶點(diǎn)。通過(guò)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(cè)合適生物目標(biāo)物種的抗體，傳感器可以進(jìn)一步滿(mǎn)足特定應(yīng)用的需要。例如食物病原體（沙門(mén)氏菌）、致命的人類(lèi)疾病（癌癥、艾滋病毒）或動(dòng)植物疾病（禽流感）等。

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