引言：抗生素濫用危機(jī)下的技術(shù)革新
近年來(lái)，抗生素濫用導(dǎo)致的耐藥性問(wèn)題已成為全球公共衛(wèi)生的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。尤其在嬰幼兒食品中，低劑量多抗生素共存可能誘發(fā)耐藥菌傳播，威脅健康。傳統(tǒng)檢測(cè)方法如色譜分析、ELISA等存在操作復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、靈敏度不足等缺陷。近期，ACS Nano期刊發(fā)表的一項(xiàng)研究提出了一種基于碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管（CNT-FET）的生物傳感器陣列技術(shù)，可在100秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)牛奶中多種抗生素的超靈敏、便攜式檢測(cè)，為食品安全監(jiān)管提供了全新工具。
一、技術(shù)核心：如何突破靈敏度與抗干擾瓶頸？
1. 碳納米管晶體管陣列：高靈敏度的基石
研究團(tuán)隊(duì)采用碳納米管（CNT）作為FET器件的導(dǎo)電通道。CNT具有高載流子遷移率和穩(wěn)定性，結(jié)合高密度金納米顆粒（Au NPs）修飾的柵介質(zhì)層，顯著提升了傳感器的電學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)顯示，該器件在0.1倍稀釋的PBS緩沖液中，響應(yīng)電流動(dòng)態(tài)范圍跨越飛摩爾（fM）至納摩爾（nM）濃度，靈敏度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法。
2. 小分子自組裝層：抗干擾與信號(hào)增強(qiáng)的雙重策略
復(fù)雜樣品（如牛奶）中的非特異性吸附和溶液電荷屏蔽效應(yīng)（Debye屏蔽）是FET傳感器的兩大難題。研究創(chuàng)新性地采用短鏈小分子（如Mesna/ME混合物）形成自組裝單分子層（SAMs）：
抗污染：通過(guò)親水性基團(tuán)（羥基、磺酸基）形成致密水化層，物理阻隔蛋白質(zhì)吸附（圖3）；
縮短探針距離：小分子長(zhǎng)度（5.27 ?）小于生理?xiàng)l件下的德拜長(zhǎng)度（0.75 nm），確保目標(biāo)結(jié)合信號(hào)不被屏蔽。
3. 噴墨打印技術(shù)：多靶標(biāo)檢測(cè)的“精準(zhǔn)定位”
通過(guò)高精度噴墨打印機(jī)，將針對(duì)不同抗生素（卡那霉素、土霉素、磺胺喹噁啉）的適配體（Aptamer）定點(diǎn)修飾在CNT-FET陣列的微米級(jí)通道區(qū)域。結(jié)合便攜式檢測(cè)系統(tǒng)，單次加樣即可同步輸出三種抗生素的定量結(jié)果，檢測(cè)限低至0.2-0.4 fM，且無(wú)交叉干擾。
二、實(shí)驗(yàn)成果：從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際應(yīng)用的跨越
1. 靈敏度與準(zhǔn)確性
超低檢測(cè)限：卡那霉素、土霉素、磺胺喹噁啉的檢測(cè)限分別為0.3 fM、0.4 fM和0.2 fM；
寬線性范圍：飛摩爾至納摩爾濃度范圍內(nèi)，電流響應(yīng)與對(duì)數(shù)濃度呈強(qiáng)線性關(guān)系（R2>0.998）；
實(shí)際樣本驗(yàn)證：牛奶樣品中回收率達(dá)91.1%-107.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）低于5%，顯著優(yōu)于ELISA法。
2. 便攜性與效率
集成化檢測(cè)系統(tǒng)（12.5 cm×14.9 cm×10.4 cm）支持“即插即用”，僅需一滴樣品即可在100秒內(nèi)完成多目標(biāo)檢測(cè)。該技術(shù)無(wú)需復(fù)雜前處理，適用于現(xiàn)場(chǎng)快速篩查。
三、行業(yè)意義：推動(dòng)食品安全標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)
歐盟現(xiàn)行抗生素殘留限量（MRLs）為數(shù)百納摩爾級(jí)（如卡那霉素310 nM），而該技術(shù)可檢測(cè)低于MRLs千倍的痕量殘留，為修訂更嚴(yán)格的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)提供了技術(shù)支撐。此外，該平臺(tái)通過(guò)更換適配體，可擴(kuò)展至毒素、激素等標(biāo)志物檢測(cè)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域潛力廣闊。
四、未來(lái)展望：從抗生素到更廣泛的生物傳感
研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化傳感器陣列的集成度，開(kāi)發(fā)一次性檢測(cè)芯片，并探索與智能手機(jī)的無(wú)線連接功能。隨著納米材料與微流控技術(shù)的融合，此類便攜式生物傳感器有望成為食品安全、精準(zhǔn)醫(yī)療乃至家庭健康管理的“掌上實(shí)驗(yàn)室”。
圖 1. 原理圖說(shuō)明：使用高防污場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器陣列對(duì)多種抗生素進(jìn)行超快、靈敏、準(zhǔn)確且便攜檢測(cè)的原理圖表示
圖 2. 傳感機(jī)制以及小分子阻斷劑的長(zhǎng)度對(duì) Apt-CNT-FET 生物傳感器性能的影響
圖 3. 用于 FET 生物傳感器的防污試劑篩選及闡明其機(jī)制
圖 4. Apt-CNT-FET 生物傳感器對(duì)卡那霉素檢測(cè)的檢測(cè)性能
圖 5. 用于檢測(cè)牛奶樣品中多種抗生素的集成碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感陣列平臺(tái)
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c00523
來(lái)源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~曹璐璐。
