潮科技 ｜ 研究人員研發一次性生物感測裝置，可用於裸眼檢測牛奶中巴氏滅菌指標

編者按： 本文是36氪「邊界計劃」的轉載內容，來自微信公眾號「MEMS」（ID：MEMSensor），36氪經授權轉載。

牛奶因含有豐富的蛋白質、碳水化合物、脂肪、必需維生素和礦物質（包括鈣、磷）等營養成分，成為全球各種傳統和現代食品的一部分。它也成為商業活動的一大重要選擇。牛奶的新鮮程度是主要問題所在，由於擠奶後的某些微生物入侵導致酸味，並且有可能藏有病原菌，不僅會降低牛奶的品質和口感，飲用後也會增加食源性疾病的患病幾率。因此，在牛奶行業和家庭廚房，會採取煮沸的方式去除不需要的微生物，這種方法在技術上被稱為「巴氏滅菌」。評估巴氏滅菌準確性的驗證試驗之一是檢測所包含的鹼性磷酸酶（alkaline phosphatase，以下簡稱ALP）。全球已經開發了多種基於先進儀器的ALP檢測，然而通常都需要多個步驟，無法通過收集站分析為現場所用。因此，開發一款能夠即時檢測ALP的小型生物分析系統就變得尤為迫切。據麥姆斯顧問報導，為了解決上述問題，來自印度阿薩姆邦印度理工學院古瓦哈提分校（Indian Institute of Technology Guwahati）生物科學和生物工程系的博士生Kuldeep Mahato和他的導師Pranjal Chandra組成的二人組，開發了一款用於在小型環境中進行裸眼ALP檢測的免疫生物感測器。本項研究中的ALP被認作牛奶品質的生物標誌物，因為其變性點接近於牛奶中存在的大多數病原性微生物菌叢的破壞點。生物感測器基於從紙沖孔機上獲得的實驗室紙盤廢料開發而成。利用簡單的化學修飾步驟開發生物感測器探針，然後固定對ALP有選擇性的生物受體。生物感測器以自行報告模式（self-reporting mode）操作，不需要任何額外的標記或標籤來生成可測量信號。

圖1 說明了生物感測器的配置、感測原理和開發原型。此外，生物感測器易於處理，可在收集/分布時交付結果，並且可在短短幾分鐘內從未加工的牛奶中區分出巴氏滅菌牛奶。生物感測器展現了出色的分析性能，ALP的預估檢測範圍為10-1000 U/mL，檢測極限為0.87 U/mL，檢測僅需13分鐘，就能覆蓋牛奶中正常發現的ALP濃度範圍。它也顯示了對ALP分子的高選擇性，使得即使存在各種共存分子的情況下，檢測結果也能保證準確和有效性。開發出來的生物感測器能夠區分未加工的牛奶和巴氏滅菌牛奶，在前一種情況下，ALP水準在生物感測器動態範圍內，而在後一種情況下，ALP水準會變得非常低且不會被檢測到。

圖2 （A）ALP捕獲生物感測器探針和感測原理；（B）裸眼定量檢測，視覺顏色外觀表示在檢測範圍記憶體在ALP；（C）使用智能手機相機捕獲出現的顏色，通過數字影像比色獲得ALP水準的定量檢測。基於已開發的感測機制，研究人員已經開發出一款可用於一次性現場評估檢測牛奶中ALP水準的小型化樣機。這款樣機的製作非常簡單，使用可生物降解的聚合物基底作為機械支撐，將紙基材料作為檢測區，將有可能會引起廣泛的商業關注。完成不同部件的組裝後，它變得更為方便，尺寸僅為20.0 x 20.0 x 2.15 mm（長x寬x高），即使放在口袋中的錢包內也綽綽有餘。通過結合其他信號放大的策略，該團隊正在努力發揮ALP檢測套件的臨時分析性能，從而在未來提供更佳的預估能力。現有樣機在實驗室規模的預估成本不超過1.5美元，然而，作者預計部門成本在商業化大規模生產中還將有可能大幅下降。除了ALP生物感測，該研究小組也在開發多種樣機，用於檢測各種和食品安全相關且具有重要臨床意義的生物標誌物。

圖3 從左至右分別為：開發小型化ALP套件的Pranjal Chandra教授；檢測前後；博士生Kuldeep Mahato。上述研究成果在文章《Paper-based mi年turized immunosensor for naked eye ALP detection based on digital image colorimetry integrated with smartphone》中有所描述，該論文近期被發表在《生物感測器與生物電子學》（Biosensors and Bioelectronics）雜誌上。研究工作由來自印度理工學院古瓦哈提分校的Kuldeep Mahato 和Pranjal Chandra共同展開。論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956566318309606