新型3D打印芯片傳感器可快速檢測食源性病原體

導讀：近年來，食源性疾病的防控問題日益引起關注。傳統(tǒng)的食品安全檢測方法存在時間長、結果不即時等局限性，這不僅增加了食品生產(chǎn)者和監(jiān)管者的負擔，也影響了公眾的健康安全。

2024年7月4日，南極熊獲悉，廣東工業(yè)大學和浦東新區(qū)人民醫(yī)院的研究人員利用3D打印技術開發(fā)了一種新型微型芯片，旨在迅速而準確地檢測食品中的各類病原體。他們希望通過這一新解決方案，開發(fā)出更快、更經(jīng)濟、更有效的食品篩查方法。

△該研究的題目為“集成了納米干涉儀的3D打印微流控芯片用于食源性病原體的多重檢測�！保▊魉烷T）

食源性疾病雖然看似罕見，但卻十分普遍。據(jù)美國疾病預防控制中心估計，僅在美國，每年約有4800萬人患病，12.8萬人因此住院治療，3千人死亡。這一驚人的統(tǒng)計在全球范圍內(nèi)僅會繼續(xù)增加。例如，世界衛(wèi)生組織聲稱，不安全的食品每年導致6億人患病，42萬人死亡，其中至少三分之一發(fā)生在5歲以下兒童身上。孕婦和老年人也易遭受疾病入侵。

△大腸桿菌等食源性病原體（如圖）可能對公眾健康造成健康影響

3D打印芯片助力食品快速檢測

針對研究小組而言，最關鍵的挑戰(zhàn)之一是開發(fā)一種有效檢測病原體的方法。研究人員馮思路解釋道：“由于病原體的多樣性及其在各種環(huán)境中的存活能力，檢測它們具有極大的挑戰(zhàn)性。此外，食物樣本中病原體的濃度通常較低，存在著類似的非致病生物，而食物種類的多樣性也增加了準確和快速檢測的難度�！�

△(a) 芯片示意圖。它由四個主要區(qū)域組成：位于中心區(qū)域的液體添加口；位于液體定量口周圍的關閥；位于周邊的傳感器區(qū)域，用于檢測四種不同的食源性病原體；以及位于邊緣的液流出口。(b) 關閉閥操作簡圖。(c）納米干涉儀芯片的SEM

她進一步指出，目前廣泛使用的檢測方法，如細胞培養(yǎng)和DNA測序，面臨著規(guī)模化應用的種種挑戰(zhàn)。這意味著并非所有批次的食品都能夠得到全面的檢測。Feng還提到，目前的檢測方法存在許多障礙，包括長時間的檢測過程、需要專業(yè)設備和人員以及無法同時檢測多種病原體。有了這種3D打印芯片，所有這些問題都將迎刃而解。

使用Sermoon V2 3D打印機和Creality Slicer進行熔融沉積建模。后期處理，特別是包括打磨在內(nèi)的步驟，對于提升3D打印芯片的表面質量至關重要。所選的ABS材料具有疏水性，因此他們采用了混合表面親水劑HYDRO 3000和異丙醇的方法（比例為3:7），將檢測平臺轉變?yōu)橛H水性3D平臺。

△3D打印測試平臺中液體流動功能的演示（左）；不同病原體的代表性光信號（右）

關于3D打印芯片本身，研究人員指出，它被設計為四個部分，每個部分專門用于檢測特定的病原體。當樣品中存在病原體時，它會與檢測表面結合并導致光學特性的變化。研究表明，這種方法能夠快速有效地檢測出大腸桿菌、沙門氏菌、李斯特菌和金黃色葡萄球菌，即使在非常小的檢測量下也能實現(xiàn)。