現(xiàn)代版的“試毒銀針”，3D打印傳感器可讓潛在的致癌除草劑顯影于無形

2021年9月17日，南極熊獲悉，華盛頓州立大學(xué)（WSU）和DL ADV-Tech公司的工程師們采用3D打印技術(shù)開發(fā)了一種檢測接觸潛在致癌除草劑“草甘膦”的新方法。

測試套件由一系列涂有3D打印傳感器的納米管組成，使用了與糖尿病血糖監(jiān)測儀類似的技術(shù)，只是它利用電流來評估草甘膦水平。研究團(tuán)隊表示這套設(shè)備的檢測反應(yīng)是人工操作的而不是有機(jī)的，它的制作成本很低，而且不需要特殊的存儲，這使它成為檢測有害化學(xué)品的理想工具。

本研究報告的作者、西悉尼大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院教授林月河說："我們開始開發(fā)這種傳感器用于健康監(jiān)測，但它也可用于食品安全和環(huán)境監(jiān)測。我們把它設(shè)計成便攜式，并使用3D打印技術(shù)使它變得小巧玲瓏，這樣它就可以在任何地方使用，例如在實驗室或現(xiàn)場等。"

△工程師們的傳感器被設(shè)計用來檢測食品和飲料中的除草劑痕跡。圖片來自華盛頓州立大學(xué)

草甘膦：一種有爭議的化學(xué)品

草甘膦主要用于控制雜草的生長，是一種膦酸類除草劑，通過抑制植物生長酶而發(fā)揮作用，它能有效地殺死其附近的任何闊葉樹種。自1974年在美國注冊為殺蟲劑以來，這種化學(xué)品在全球范圍內(nèi)被廣泛使用，但后來美國環(huán)境保護(hù)局（ECA）也逐漸發(fā)現(xiàn)它對周圍環(huán)境有損害。

事實上，環(huán)保署的研究表明，草甘膦對陸地或水中的鳥類構(gòu)成了潛在的風(fēng)險，而且在某些食物中可以檢測到痕跡，盡管這并沒有充分證據(jù)表明會造成傷害。但該機(jī)構(gòu)也堅持認(rèn)為，只要產(chǎn)品符合某些限制，就可以安全食用，而且它說草甘膦 "不可能導(dǎo)致人類癌癥"，這與多數(shù)的報告和裁決都是持相反意見的。

然而，雖然環(huán)保局的裁決得到了歐洲食品安全局和世界衛(wèi)生組織的支持，但國際癌癥研究機(jī)構(gòu)卻說這種化學(xué)品 "可能對人類致癌"。因此，越南、德國和荷蘭都宣布了草甘膦除草劑禁令，一些國家正在逐步淘汰它們，而另一些國家則完全禁止它們的私人銷售。

△西南大學(xué)教授Yuehe Lin說，該傳感器的便攜性使其可以部署在 "任何地方"。照片來自華盛頓州立大學(xué)

一種 "生物模擬"傳感器

鑒于與草甘膦接觸相關(guān)的潛在風(fēng)險，作為美國國家衛(wèi)生研究院支持的項目的一部分，WSU團(tuán)隊開始著手檢測草甘膦在某些糖果中的濃度。值得注意的是，工程師們試圖開發(fā)一種化學(xué)測試手段，不需要使用昂貴的光譜儀，也不需要使用需要小心儲存以防止降解的生物抗體。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員構(gòu)建了一個由嵌入小孔的聚合物納米管組成的測試工具，能夠以模仿生物抗體的方式結(jié)合草甘膦分子。為了使這些納米結(jié)構(gòu)具有傳感功能，它們隨后被覆蓋在印刷的傳感器上，這些傳感器使用電流來測量草甘膦，并確保其維持在安全水平。

在對他們的設(shè)備進(jìn)行測試時，工程師們最終將其暴露在 "添加了草甘膦 "的橙汁和米飯中，以觀察他們能多準(zhǔn)確地檢測出該化學(xué)品的含量。令他們感到高興的是，該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)傳感器有能力以高靈敏度和特異性識別除草劑，因此在未來，他們打算在人體樣本上進(jìn)行測試，以探明草甘膦的毒性。

Lin實驗室的WSU博士候選人、該論文的第一作者丁世超說："下一步，我們想用該傳感器來檢測一些人體樣本中的草甘膦，如血液、唾液或尿液。我們還將繼續(xù)開發(fā)一些新的納米材料，以提高其傳感性能。"

△圖中顯示了研究人員的一個3D打印微流控設(shè)備；3D打印技術(shù)的進(jìn)步正日益使新型微流控健康傳感器的生產(chǎn)成為可能。照片來自UMN

3D打印健康監(jiān)測器

在過去一年多的時間里，3D打印生物傳感器的研發(fā)取得了很大的進(jìn)展，它可以讓用戶檢測和預(yù)防某些健康問題。在克拉克森大學(xué)，科學(xué)家們已經(jīng)3D打印出可直接應(yīng)用于皮膚的生物傳感器，以提醒佩戴者潛在的紫外線過度照射。

在美國其他地方，研究人員采用Optomec公司的氣溶膠噴射打印（AJP）技術(shù)來生產(chǎn)基于石墨烯的食品毒性傳感器。據(jù)稱，這種3D打印增強(qiáng)型設(shè)備能夠以比標(biāo)準(zhǔn)實驗室測試更快的速度檢測食品中的組胺（或過敏原）和毒素。

在更多的實驗性軍事應(yīng)用中，CCDC士兵中心也正在開發(fā)生物士兵傳感器，它能夠?qū)Σ筷犨M(jìn)行生理追蹤。在實踐中，探測器也可以通過檢測空氣中的危險，如武器化的毒素或細(xì)菌，使士兵意識到局勢的威脅。