国外研发基于石墨烯的电化学传感器 可快速检测食物中的过敏原和毒素

美国研究人员开发了一种基于石墨烯的电化学传感器,能够比标准的实验室测试更快地检测食物中的组胺(过敏原)和毒素。

  6月11日消息,美国研究人员开发了一种基于石墨烯的电化学传感器,能够比标准的实验室测试更快地检测食物中的组胺(过敏原)和毒素。研究小组使用气溶胶喷射印刷技术制造了这种传感器,通过软件控制按需更改图案几何形状的能力允许快速制作原型并有效优化传感器布局。

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  美国西北大学的资深作者马克·赫萨姆教授说:“我们开发了一种可气喷的可印刷石墨烯油墨,能够有效探索不同的设备设计,这对优化传感器响应至关重要。”

  作为一种添加剂制造方法,气溶胶喷射打印传感器只在需要的地方沉积材料,从而将浪费降到最低,具有成本低、制作简单和便携的特点。这可能有助于将其用于需要对食品样品进行持续现场监测以确定和保持产品质量的地方。

  爱荷华州立大学的资深作者卡门·戈麦斯教授说:“气溶胶喷射打印技术是研制这种传感器的基础。石墨烯等碳纳米材料具有高导电性、比表面积和生物相容性等独特的材料特性,可以显著改善电化学传感器的性能。但是,由于现场电化学传感器通常是一次性的,因此它们需要能够适应低成本、高通量和可扩展制造的材料,气溶胶喷射印刷是最好的选择。”

  该团队在柔性基板上创建了高分辨率的叉指式电极(IDE),通过将单克隆抗体与通过CO2热退火工艺在石墨烯表面上产生的氧部分共价连接,将其转换为组胺传感器。然后,他们在缓冲溶液(PBS)和鱼汤中测试了传感器,看看它们在检测组胺方面的效果如何。

  合著者、爱荷华州立大学的Kshama Parate说:“我们发现石墨烯生物传感器可以检测PBS和鱼汤中的组胺,其毒性相关范围分别为6.25至100 ppm(ppm)和6.25至200 ppm,相似的检测限值分别为2.52和3.41 ppm。这些传感器的结果是显著的,因为鱼肉中的组胺含量超过50ppm会对健康造成不良影响,包括严重的过敏反应,如可可碱食物中毒。值得注意的是,传感器还显示了33分钟的快速响应时间,而无需对鱼样进行预标记和预处理,这比同等的实验室测试要快得多。”

  研究人员还发现,这种生物传感器的灵敏度并没有受到食品样品中常见的用作阻滞剂的大蛋白分子的非特异性吸附的显著影响。

  爱荷华州立大学的资深作者Jonathan Claussen博士说:“这种生物传感器可用于食品加工设施、进出口港口和超市,在这些地方需要对食品样品进行持续的现场监测。这种现场检测将消除送检食品样品进行实验室检测的需要,这需要额外的处理步骤,增加了组胺分析的时间和成本,从而增加了食源性疾病和食品浪费的风险。”

  同时,它也可能用于其他需要快速监测目标分子的生物传感应用,因为使用开发的免疫传感协议消除了样品预处理。它除了能感应小的过敏原分子如组胺外,还可用于检测细胞和蛋白质生物标记物等多种靶点。通过将固定在传感器平台上的抗体转换为一种特定于检测合适生物目标物种的抗体,传感器可以进一步满足特定应用的需要。例如食物病原体(沙门氏菌)、致命的人类疾病(癌症、艾滋病毒)或动植物疾病(禽流感)等。

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