研究人员开发了一种基于石墨烯的电化学传感器，能够比标准实验室测试更快地检测食物中的组胺(过敏原)和毒素。该团队使用气溶胶喷射打印来制造传感器。通过软件控制按需更改图案几何形状的能力允许快速原型制作和传感器布局的有效优化。
在评论今天发表在 IOP 出版期刊2-D Materials上的研究结果时，西北大学的资深作者 Mark Hersam 教授说：“我们开发了一种气溶胶喷射可打印石墨烯墨水，以实现对不同设备设计的有效探索，这对于优化传感器响应至关重要。”
作为一种仅在需要的地方沉积材料并因此最大限度地减少浪费的增材制造方法，气溶胶喷射打印传感器成本低、制造简单且便于携带。这有可能使其在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中使用。
来自爱荷华州立大学的资深作者 Carmen Gomes 教授说：“气溶胶喷射打印是这种传感器开发的基础。石墨烯等碳纳米材料具有独特的材料特性，例如高导电性、表面积和生物相容性，可以显着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的，因此它们需要适合低成本、高通量和可扩展制造的材料。气溶胶喷射打印为我们提供了这一点。”
该团队在柔性基板上创建了高分辨率叉指电极 (IDE)，他们通过将单克隆抗体与通过 CO2 热退火过程在石墨烯表面产生的氧部分共价连接，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，看看它们在检测组胺方面的效果如何。
来自爱荷华州立大学的合著者 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，其毒理学相关范围分别为 6.25 至 100 ppm 和 6.25 至 200 ppm，具有相似的检测限，分别为 2.52 ppm 和 3.41 ppm。这些传感器结果非常重要，因为鱼中组胺水平超过 50 ppm 会导致不良健康影响，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，无需对鱼样品进行预标记和预处理。这比等效的实验室测试要快得多。”
研究人员还发现，生物传感器的灵敏度不受食品样品中常见的大蛋白质分子的非特异性吸附的显着影响，并用作封闭剂。
来自爱荷华州立大学的资深作者乔纳森·克劳森博士说：“这种类型的生物传感器可用于食品加工设施、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品送去实验室检测的需要，这需要额外的处理步骤，增加组胺分析的时间和成本，从而增加食源性疾病和食物浪费的风险。
“它也可能用于需要快速监测目标分子的其他生物传感应用，因为使用开发的免疫传感协议消除了样品预处理。除了传感组胺等小过敏原分子外，它还可以用于检测各种靶标，例如细胞和蛋白质生物标志物。通过将固定在传感器平台上的抗体切换为特异性检测合适的生物靶标物种，传感器可以进一步满足特定应用的需求。例如食物病原体(沙门氏菌属)。 、致命的人类疾病(癌症、艾滋病毒)或动物或植物疾病(禽流感、柑橘属植物)。”