美国研究人员开发了一种石墨烯电化学传感器，能够比标准实验室检测更快地检测食物中的组胺(过敏原)和毒素。
该团队使用喷雾喷印技术制造了这种传感器。通过软件控制，可以根据需要改变图形几何形状，从而实现快速原型设计和传感器布局的高效优化。
来自西北大学的资深作者Mark Hersam教授对今天发表在IOP出版期刊2D Materials上的研究结果发表评论说:“我们开发了一种喷雾可打印的石墨烯墨水，可以有效地探索不同的设备设计，这对优化传感器响应至关重要。”
作为一种增材制造方法，它只在需要的地方沉积材料，从而最大限度地减少浪费，气溶胶喷射打印传感器成本低，制造简单，便于携带。这可能使它们能够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，以及其他应用。
来自爱荷华州立大学的资深作者卡门·戈梅斯教授说:“喷雾喷印技术是这种传感器发展的基础。石墨烯等碳纳米材料具有较高的导电性、表面积和生物相容性等独特的材料特性，可以显著提高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使用的，因此它们需要材料能够适应低成本、高吞吐量和可扩展的制造。气溶胶喷印给了我们这个。”
该团队在柔性衬底上制造了高分辨率交错电极(IDEs)，通过将单克隆抗体与通过CO2热退火工艺在石墨烯表面生成的氧基共价连接，将其转化为组胺传感器。
然后，他们在缓冲溶液(PBS)和鱼汤中测试了传感器，看它们检测组胺的效果如何。
合著者Kshama Parate,从爱荷华州立大学,说:“我们发现石墨烯生物传感器可以检测组胺在PBS和鱼肉汤toxicologically-relevant范围6.25到100 ppm (ppm)和6.25到200 ppm,分别与类似的检测限制的百万分之2.52和3.41 ppm,分别。这些传感器的结果意义重大，因为鱼体内的组胺水平超过50ppm可能会导致不良的健康影响，包括严重的过敏反应——例如，鲭鱼食物中毒。
值得注意的是，传感器还显示出33分钟的快速响应时间，无需对鱼样本进行预标签和预处理。这比同等的实验室测试要快得多。”
研究人员还发现，该生物传感器的灵敏度不受食品样品中常见的用作阻断剂的大蛋白分子的非特异性吸附的显著影响。
来自爱荷华州立大学的资深作者Jonathan Claussen博士说:“这种类型的生物传感器可以用于食品加工设施、进出口港口以及需要对食品样品进行连续现场监测的超市。”这种现场检测将消除将食品样本送到实验室检测的需要，因为实验室检测需要额外的处理步骤，增加了组胺分析的时间和成本，因而增加了食源性疾病和食品浪费的风险。
“它也可能被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方案可以消除样品预处理。”除了检测小的过敏原分子，如组胺，它可以用于检测各种目标，如细胞和蛋白质生物标志物。通过切换固定在传感器平台上的抗体，使其能够特异性地检测出合适的生物目标物种，该传感器可以进一步满足特定的应用。例如食物病原体(沙门氏菌)、人类致命疾病(癌症、艾滋病毒)或动植物疾病(禽流感、柑橘属植物病)。”
