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蓄势待发,石墨烯即将掀起生物检测革命

  检测是产品质量安全把关的关键,检测设备的优劣决定检测结果的好坏。在日常现场检测中,电化学传感器通常是一次性使用的,因而传感器的材料成本决定检测成本。寻找低成本、高吞吐量和可扩展的传感器材料是降低检测成本的关键。


随着材料技术的发展,石墨烯等碳纳米材料因其独特材料特性,如高导电性、比表面积大和生物相容性等,成为改善电化学传感器性能的潜力选择。然而基于化学气相沉积技术的传统石墨烯器件产量受限,对一次性电化学检测应用而言过于昂贵,此外喷墨打印等低成本替代品对电极几何形状没有足够的控制,无法实现良好的电化学传感器性能。


探索新工艺成为实现石墨烯电化学传感器普及应用的关键。近日,美国爱荷华州立大学的研究人员通过高分辨(线宽~40μm)气溶胶喷射印刷技术实现石墨烯生物传感器的低成本制造。


在该项目中,石墨烯电极以气溶胶方式印刷在柔性聚合物上,通过将组胺抗体与石墨烯化学结合而转变为组胺传感器,抗体特异性结合组胺分子,组胺会阻止电子转移并增加电阻,而电阻变化可由传感器测量和记录。该工艺制备的石墨烯电化学传感器能检测的组胺范围为6.25-200ppm,检测限低至3.41 ppm。(检测物为金枪鱼肉汤)


据悉,此类组胺传感器不仅适用于鱼类,它还可以检测沙门氏菌,癌症或禽流感等动物疾病。此外,通过切换与打印传感器相连的抗体,还可推广到各种传感应用,如环境毒素检测、食源性病原体检测、可穿戴健康监测和健康诊断等。


该项目由美国国家科学基金会、美国农业部、空军研究实验室和美国国家标准与技术研究院提供支持。目前这项新型组胺和细胞因子传感器技术正等待专利许可。



AJP石墨烯生物传感器的制备和生物功能化方案

a)在聚酰亚胺(Kapton®)薄片上以IDE模式喷印石墨烯;

b)热退火处理以增加印刷石墨烯表面的含氧物质;

c)通过碳二亚胺交联化学方法固定化IDE上的组胺抗体;

d)限制IDE未功能化区域,缓冲液防止生物传感过程非特异性吸附;

e)组胺结合IDE在电化学生物感应产生奈奎斯特电位图。



石墨烯生物传感器细节图

参考文献链接:

http://dx.doi.org/10.1088/2053-1583/ab8919

http://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b22183


(中国粉体网编辑整理/江岸)

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(来源:中国粉体网)

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