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国外研究人员研发石墨烯生物传感器监控食品的新鲜度和安全性

2020-06-30 10:06:35来源:传感器专家网

6月29日消息,据外媒报道,国外研究人员将他们新的打印传感器浸入金枪鱼肉汤中,观察读数。结果证明,用高分辨率的气溶胶喷射打印机在柔性聚合物膜上打印并经过调整以测试组胺、变应原和变质的鱼和肉的指示剂的传感器,可以检测到百万分之3.41的组胺。

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究人员正在使用气溶胶喷射印刷技术来创建这些石墨烯生物传感器,这些传感器可以检测出组胺,一种变应原和变质的鱼和肉的指示剂。

美国食品和药物管理局(USFoodandDrugAdministration)已将鱼类中的组胺标准设定为百万分之50,使传感器的灵敏度足以跟踪食品的新鲜度和安全性。

使传感器技术成为可能的是石墨烯,这是一种碳蜂窝,只是一个原子厚的超级材料,并且以强度、导电性、柔韧性和生物相容性着称。使石墨烯在一次性食品安全传感器上实用是一种低成本的气溶胶喷射印刷技术,其精确度足以创建电化学传感器检测小分子(例如组胺)所需的高分辨率电极。

爱荷华州立大学机械工程学副教授、该研究项目的负责人之一乔纳森·克劳森说:“这一高分辨率至关重要,一般来说,我们越靠近这些电极指,这些生物传感器的灵敏度就越高。”

克劳森和其他项目负责人-爱荷华州立大学机械工程副教授卡门·戈麦斯(CarmenGomes)、美国伊利诺伊州埃文斯顿市西北大学材料科学与工程学教授WalterP.Murphy和MarkHersam最近在《2-DMaterials》杂志在线发表的一篇论文中报道了他们的传感器发现。美国国家科学基金会、美国农业部、空军研究实验室和美国国家标准与技术研究院均对该项目提供了支持。

该论文描述了如何将石墨烯电极以气溶胶方式印刷在柔性聚合物上,然后通过将组胺抗体与石墨烯化学结合而转变为组胺传感器。

Gomes说,组胺会阻止电子转移并增加电阻,电阻的变化可以由传感器测量和记录。这种组胺传感器不仅适用于鱼类,因为食物中的细菌会产生组胺,因此,它可以很好地表明食物的保质期。”

研究人员认为,该概念也可以检测其他种类的分子。他们在文章中写道:“除了这里介绍的组胺案例研究之外,(气溶胶喷射印刷)和功能化过程可能还可以推广到各种传感应用,包括环境毒素检测、食源性病原体检测、可穿戴健康监测和健康诊断。”

研究人员写道,例如,通过切换与打印传感器相连的抗体,它们可以检测沙门氏菌、癌症或禽流感等动物疾病。

克劳森(Claussen)、赫尔萨姆(Hersam)和其他合作者(请参见侧栏)通过修改气溶胶喷射印刷的传感器以检测细胞因子或炎症标记物,证明了该技术的广泛应用。ACSAppliedMaterials&Interfaces最近发表的一篇论文中报道了这些传感器,它们可以监测牛的免疫系统功能,并在早期检测出致命的和传染性的副结核病。

从事印刷石墨烯研究已有多年的克劳森说,这些传感器的另一个特点是使其非常有用:它们不需要花费很多钱,并且可以扩大规模以进行大规模生产。

克劳森(Claussen)和戈麦斯(Gomes)对食品行业以及食品安全测试有一定的了解。克劳森(Claussen)是纳米科技公司(NanoSpyInc.)的首席科学官,戈麦斯(Gomes)是爱荷华州立大学研究园的一家新兴公司,向食品加工公司出售生物传感器,是一家新兴公司。

他们说,该公司正在获得这项新的组胺和细胞因子传感器技术的许可,毕竟,这是他们在商用传感器中寻找的东西,这是一个廉价、可扩展的生物传感器平台。