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研究员开发出用于检测食品安全的3D打印传感器

来源:原创

发布时间:2020-06-11 17:49:15

点击量:768

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aau讯(编辑 彬彬)随着人造肉的兴起,3D打印如何有助于食品安全的话题也引起了国际研究人员的探索。而在近日,他们在《3D打印电极可用于检测食品中霉菌毒素》论文中详细介绍了其发现。

 

现实世界中,很多人对于食品是否安全都极为看重,基于此,科学家们一直致力于提高食品分析和安全性的研究。

 

 

研究员开发出用于检测食品安全的3D打印传感器

 

 

在这项研究中,作者专注于研究检测真菌毒素玉米赤霉烯酮(ZEA)的更好方法,玉米赤霉烯酮是一种有时会在谷物和动物饲料等其他物品中发现的食物污染物。真菌毒素被称为“有毒的次生代谢物”,通常会导致霉菌的生长,并可能导致疾病、癌症和死亡。ZEA来自镰刀菌种类,当它在食物储存区传播时可能相当危险。

 

使用FDM 3D打印机,制造了石墨烯电极来检测ZEA;然而,预处理激活对于确保电极性能至关重要。作者使用了一种现有的预处理方法,已知该方法可以在检测ZEA时显著改善输出信号。电极尺寸均匀,长度约4.5 cm,一端为圆形闭合圆盘,利用三维建模软件进行设计、打印,然后浸泡在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中。

 

 

研究员开发出用于检测食品安全的3D打印传感器

 

 

研究人员说:“通过对激活的3D打印电极与裸玻碳(GC)和边缘平面热解石墨(EPPG)电极的电化学传感性能的比较,以分析在检测ZEA时获得的电流信号中有无任何明显的差异。”

 

此外,从GC和EPPG电极获得的伏安信号分别与具有反应边平面位置的惰性电极和敏感电极表面进行了基线比较。

 

研究员注意到,在检测ZEA时3D打印的石墨烯电极似乎没有GC或EPPG电极那么高的电活性。接下来,为了看是否有可能重复使用3D打印的电极,研究小组用不同的溶剂进行了实验,某些样品完全跳过了清洗步骤。最终,未经清洗的电极显示出更宽的阳极峰。进一步的研究导致研究小组建议在两次测量之间清洗电极,以避免产生不良副产物。

 

在清洗一些样品电极时,使用的丙酮可能是腐蚀部件并促使与石墨烯层发生反应的原因。“有噪声的伏安信号”的可能会阻止电极正确检测。因此,为了保持表层结构的完整性,用苛刻的化学物质清洗石墨烯电极可能并不合适。

 

研究表明,测量之间的洗涤步骤对于获得可重复性的结果是有利的和关键的。此外,去离子水被证明是清洗使用过的3D打印石墨烯电极的理想溶剂。

 

该设计可以用其他导电材料进一步改进,提高灵敏度和电化学响应。因此,作者建议可以使用过渡金属二硫化物(TMDs)以获得更好的导电性,但这还需要进行额外的研究,并在实际样品应用中测试打印电极,以了解更多关于检测干扰的情况。

 

“这项研究为未来3D打印电极改进打开了大门,通过更好的电极设计、更好的材料选择和进一步的功能优化过程,使其性能最大化。此外,这项概念验证工作为现场定制制造用于食品安全和检验的检测设备提供了可能性,“研究人员总结道。

 

虽然3D打印还与各种不同类型的食品制造相关,但许多不同的项目都涉及传感器,从监测糖尿病健康状况到将其用在可穿戴设备和其他医疗材料中。

 

 

研究员开发出用于检测食品安全的3D打印传感器

 

 

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