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。