现代版的“试毒银针”，3D打印传感器可让潜在的致癌除草剂显影于无形

2021年9月17日，华盛顿州立大学（WSU）和DL ADV-Tech公司的工程师们采用3D打印技术开发了一种检测接触潜在致癌除草剂“草甘膦”的新方法。

测试套件由一系列涂有3D打印传感器的纳米管组成，使用了与糖尿病血糖监测仪类似的技术，只是它利用电流来评估草甘膦水平。研究团队表示这套设备的检测反应是人工操作的而不是有机的，它的制作成本很低，而且不需要特殊的存储，这使它成为检测有害化学品的理想工具。

本研究报告的作者、西悉尼大学机械与材料工程学院教授林月河说："我们开始开发这种传感器用于健康监测，但它也可用于食品安全和环境监测。我们把它设计成便携式，并使用3D打印技术使它变得小巧玲珑，这样它就可以在任何地方使用，例如在实验室或现场等。"

△工程师们的传感器被设计用来检测食品和饮料中的除草剂痕迹。图片来自华盛顿州立大学

草甘膦：一种有争议的化学品

草甘膦主要用于控制杂草的生长，是一种膦酸类除草剂，通过抑制植物生长酶而发挥作用，它能有效地杀死其附近的任何阔叶树种。自1974年在美国注册为杀虫剂以来，这种化学品在全球范围内被广泛使用，但后来美国环境保护局（ECA）也逐渐发现它对周围环境有损害。

事实上，环保署的研究表明，草甘膦对陆地或水中的鸟类构成了潜在的风险，而且在某些食物中可以检测到痕迹，尽管这并没有充分证据表明会造成伤害。但该机构也坚持认为，只要产品符合某些限制，就可以安全食用，而且它说草甘膦 "不可能导致人类癌症"，这与多数的报告和裁决都是持相反意见的。

然而，虽然环保局的裁决得到了欧洲食品安全局和世界卫生组织的支持，但国际癌症研究机构却说这种化学品 "可能对人类致癌"。因此，越南、德国和荷兰都宣布了草甘膦除草剂禁令，一些国家正在逐步淘汰它们，而另一些国家则完全禁止它们的私人销售。

△西南大学教授Yuehe Lin说，该传感器的便携性使其可以部署在 "任何地方"。照片来自华盛顿州立大学

一种 "生物模拟"传感器

鉴于与草甘膦接触相关的潜在风险，作为美国国家卫生研究院支持的项目的一部分，WSU团队开始着手检测草甘膦在某些糖果中的浓度。值得注意的是，工程师们试图开发一种化学测试手段，不需要使用昂贵的光谱仪，也不需要使用需要小心储存以防止降解的生物抗体。

为了实现这一目标，研究人员构建了一个由嵌入小孔的聚合物纳米管组成的测试工具，能够以模仿生物抗体的方式结合草甘膦分子。为了使这些纳米结构具有传感功能，它们随后被覆盖在印刷的传感器上，这些传感器使用电流来测量草甘膦，并确保其维持在安全水平。

在对他们的设备进行测试时，工程师们最终将其暴露在 "添加了草甘膦 "的橙汁和米饭中，以观察他们能多准确地检测出该化学品的含量。令他们感到高兴的是，该团队发现传感器有能力以高灵敏度和特异性识别除草剂，因此在未来，他们打算在人体样本上进行测试，以探明草甘膦的毒性。

Lin实验室的WSU博士候选人、该论文的第一作者丁世超说："下一步，我们想用该传感器来检测一些人体样本中的草甘膦，如血液、唾液或尿液。我们还将继续开发一些新的纳米材料，以提高其传感性能。"

△图中显示了研究人员的一个3D打印微流控设备；3D打印技术的进步正日益使新型微流控健康传感器的生产成为可能。照片来自UMN

3D打印健康监测器

在过去一年多的时间里，3D打印生物传感器的研发取得了很大的进展，它可以让用户检测和预防某些健康问题。在克拉克森大学，科学家们已经3D打印出可直接应用于皮肤的生物传感器，以提醒佩戴者潜在的紫外线过度照射。

在美国其他地方，研究人员采用Optomec公司的气溶胶喷射打印（AJP）技术来生产基于石墨烯的食品毒性传感器。据称，这种3D打印增强型设备能够以比标准实验室测试更快的速度检测食品中的组胺（或过敏原）和毒素。

在更多的实验性军事应用中，CCDC士兵中心也正在开发生物士兵传感器，它能够对部队进行生理追踪。在实践中，探测器也可以通过检测空气中的危险，如武器化的毒素或细菌，使士兵意识到局势的威胁。

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