新型3D打印芯片传感器可快速检测食源性病原体

导读：近年来，食源性疾病的防控问题日益引起关注。传统的食品安全检测方法存在时间长、结果不即时等局限性，这不仅增加了食品生产者和监管者的负担，也影响了公众的健康安全。

2024年7月4日，南极熊获悉，广东工业大学和浦东新区人民医院的研究人员利用3D打印技术开发了一种新型微型芯片，旨在迅速而准确地检测食品中的各类病原体。他们希望通过这一新解决方案，开发出更快、更经济、更有效的食品筛查方法。

△该研究的题目为“集成了纳米干涉仪的3D打印微流控芯片用于食源性病原体的多重检测。”（传送门）

食源性疾病虽然看似罕见，但却十分普遍。据美国疾病预防控制中心估计，仅在美国，每年约有4800万人患病，12.8万人因此住院治疗，3千人死亡。这一惊人的统计在全球范围内仅会继续增加。例如，世界卫生组织声称，不安全的食品每年导致6亿人患病，42万人死亡，其中至少三分之一发生在5岁以下儿童身上。孕妇和老年人也易遭受疾病入侵。

△大肠杆菌等食源性病原体（如图）可能对公众健康造成健康影响

3D打印芯片助力食品快速检测

针对研究小组而言，最关键的挑战之一是开发一种有效检测病原体的方法。研究人员冯思路解释道：“由于病原体的多样性及其在各种环境中的存活能力，检测它们具有极大的挑战性。此外，食物样本中病原体的浓度通常较低，存在着类似的非致病生物，而食物种类的多样性也增加了准确和快速检测的难度。”

△(a) 芯片示意图。它由四个主要区域组成：位于中心区域的液体添加口；位于液体定量口周围的关阀；位于周边的传感器区域，用于检测四种不同的食源性病原体；以及位于边缘的液流出口。(b) 关闭阀操作简图。(c）纳米干涉仪芯片的SEM

她进一步指出，目前广泛使用的检测方法，如细胞培养和DNA测序，面临着规模化应用的种种挑战。这意味着并非所有批次的食品都能够得到全面的检测。Feng还提到，目前的检测方法存在许多障碍，包括长时间的检测过程、需要专业设备和人员以及无法同时检测多种病原体。有了这种3D打印芯片，所有这些问题都将迎刃而解。

使用Sermoon V2 3D打印机和Creality Slicer进行熔融沉积建模。后期处理，特别是包括打磨在内的步骤，对于提升3D打印芯片的表面质量至关重要。所选的ABS材料具有疏水性，因此他们采用了混合表面亲水剂HYDRO 3000和异丙醇的方法（比例为3:7），将检测平台转变为亲水性3D平台。

△3D打印测试平台中液体流动功能的演示（左）；不同病原体的代表性光信号（右）

关于3D打印芯片本身，研究人员指出，它被设计为四个部分，每个部分专门用于检测特定的病原体。当样品中存在病原体时，它会与检测表面结合并导致光学特性的变化。研究表明，这种方法能够快速有效地检测出大肠杆菌、沙门氏菌、李斯特菌和金黄色葡萄球菌，即使在非常小的检测量下也能实现。