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（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,。研究團隊表示這套設(shè)備的檢測反應是人工操作的而不是有機的,，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品的理想工具,。

本研究報告的作者、西悉尼大學機械與材料工程學院教授林月河說："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

草甘膦：一種有爭議的化學品

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，這種化學品在全球范圍內(nèi)被廣泛使用,，但后來美國環(huán)境保護局（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,。但該機構(gòu)也堅持認為,，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,，但國際癌癥研究機構(gòu)卻說這種化學品 "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

一種 "生物模擬"傳感器

鑒于與草甘膦接觸相關(guān)的潛在風險,，作為美國國家衛(wèi)生研究院支持的項目的一部分，WSU團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，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,，以觀察他們能多準確地檢測出該化學品的含量。令他們感到高興的是,，該團隊發(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)取得了很大的進展,，它可以讓用戶檢測和預防某些健康問題,。在克拉克森大學，科學家們已經(jīng)3D打印出可直接應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打印增強型設(shè)備能夠以比標準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菌，使士兵意識到局勢的威脅,。