Исследователи окунули свои новые датчики с отпечатками в бульон из тунца и наблюдали за показаниями, по информации портала ascania-nova.org.

Оказалось, что датчики - напечатанные на аэрозольных струйных принтерах с высоким разрешением на гибкой полимерной пленке и настроенные на тестирование на гистамин, аллерген и индикатор испорченной рыбы и мяса - могут определять гистамин до 3,41 частей на миллион.

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США установило нормы содержания гистамина в рыбе, составляющие 50 частей на миллион, что делает датчики более чем достаточно чувствительными для отслеживания свежести и безопасности продуктов.

Для сенсорной технологии возможен графен, суперматериал, представляющий собой углеродную соту толщиной всего в один атом и известный своей прочностью, электрической проводимостью, гибкостью и биосовместимостью. Использование графена на одноразовом датчике безопасности пищевых продуктов - это недорогая технология аэрозольной струйной печати, которая достаточно точна для создания электродов высокого разрешения, необходимых электрохимическим сенсорам для обнаружения небольших молекул, таких как гистамин.

«Это прекрасное решение важно, - сказал Джонатан Клауссон, доцент кафедры машиностроения в Университете штата Айова и один из руководителей исследовательского проекта. «Чем ближе мы можем печатать эти электродные пальцы, тем выше чувствительность этих биосенсоров».

Клауссен и другие руководители проекта - Кармен Гомес, доцент кафедры машиностроения в штате Айова; и Марк Херсам, профессор Материаловедения и инженерии Уолтера П. Мерфи в Северо-западном университете в Эванстоне, штат Иллинойс, недавно сообщил об обнаружении своих датчиков в статье, опубликованной онлайн-журналом 2D Materials . 

Проект поддержали Национальный научный фонд, Министерство сельского хозяйства США, Исследовательская лаборатория ВВС и Национальный институт стандартов и технологий.

В статье описывается, как графеновые электроды были распечатаны в аэрозольной струе на гибком полимере, а затем преобразованы в гистаминовые датчики путем химического связывания гистаминовых антител с графеном. Антитела специфически связывают молекулы гистамина.

По словам Гомеса, гистамин блокирует перенос электронов и увеличивает электрическое сопротивление. Это изменение сопротивления может быть измерено и записано датчиком.

«Этот датчик гистамина предназначен не только для рыб», - сказал Гомес. «Бактерии в пище производят гистамин. Таким образом, это может быть хорошим показателем срока годности пищи».

Исследователи полагают, что концепция будет работать и для обнаружения других видов молекул.

«Помимо исследования гистамина, представленного здесь, процесс (аэрозольная струйная печать) и функционализация, вероятно, можно обобщить для широкого спектра применений в области зондирования, включая обнаружение токсинов в окружающей среде, обнаружение пищевых патогенов, мониторинг состояния носимых устройств и диагностику состояния здоровья», - написали они в их исследовательская работа.

Например, путем переключения антител, связанных с отпечатанными датчиками, они могли обнаруживать бактерии сальмонеллы или рак или болезни животных, такие как птичий грипп, пишут исследователи.

Claussen, Hersam и другие сотрудники (см. Врезку) продемонстрировали более широкое применение этой технологии, модифицировав датчики, напечатанные на аэрозольных баллончиках, для обнаружения цитокинов или маркеров воспаления. Датчики, как сообщается в недавней статье, опубликованной ACS Applied Materials & Interfaces, могут контролировать функцию иммунной системы у крупного рогатого скота и выявлять смертельный и заразный паратуберкулез на ранних стадиях.

Клауссен, который работал с печатным графеном в течение многих лет, сказал, что у датчиков есть еще одна особенность, которая делает их очень полезными: они не стоят больших денег и могут быть расширены для массового производства.

«Любой пищевой датчик должен быть действительно дешевым», - сказал Гомес. «Вы должны протестировать много образцов пищи, и вы не можете добавить много затрат».

Клаусен и Гомес знают кое-что о пищевой промышленности и о том, как она проверяет безопасность пищевых продуктов. Клауссен - главный научный сотрудник, а Гомес - главный исследователь в NanoSpy Inc., начинающей компании, базирующейся в Научно-исследовательском парке Университета штата Айова, которая продает биосенсоры предприятиям пищевой промышленности.

Они сказали, что компания находится в процессе лицензирования этой новой сенсорной технологии на основе гистамина и цитокинов.

В конце концов, это то, что они ищут в коммерческом сенсоре. «Это, - сказал Клаусен, - дешевая, масштабируемая биосенсорная платформа».