研究人员使用电子舌头检测牛奶中的抗生素

来自巴西和美国的研究人员测试了一种使用MXene纳米材料的电子舌头来识别牛奶中的抗生素。这项研究发表在ACS Omega期刊上，检查了含有多种抗生素的样本，这些样本还包括蛋白质、脂肪、糖和盐等复杂液体。

MXene是一类已经研究了大约15年的二维纳米材料。它的结构包含过渡金属层，如钛、铌、钒或钼，与碳、氮或两者结合。该材料具有高电导率、大表面积，并且其表面可以被修改以与不同物质相互作用。

对于牛奶设备，研究人员使用了三种MXene成分，改变了碳与氮的比例。因此，每根涂层纤维对样本的化学环境有不同的反应。连接到阻抗计时，每根纤维既作为支撑又作为感应元件。仪器施加一个小的电信号，并记录阻力、电容，以及阻抗的实部和虚部成分。

“当我们改变MXene的成分时，我们也改变了它的特性。这正是我们在电子舌头中寻找的：在同一设备中结合了不同特性和性能的传感器，”参与该系统研究的Facure说。

这种方法与传统化学传感器的方法不同，后者旨在选择一种物质。电子舌头中的任何单个传感器都不需要识别特定的抗生素。相反，系统分析样本产生的组合响应模式。研究人员使用多变量统计方法，包括主成分分析，以减少变量数量并识别样本之间的主要差异。

“多种抗生素的同时存在对于展示系统的工作方式尤其重要。电子舌头不是在简单溶液中寻找单一分子，而是必须从牛奶这样的复杂矩阵中提取信息，其中蛋白质、脂肪、糖、盐和许多其他物质也可以与传感器相互作用，”Daniel Corrêa说，他在Embrapa Instrumentation监督Facure攻读博士学位，圣卡洛斯联邦大学（UFSCar）。

该项目涉及来自Embrapa Instrumentation、UFSCar、巴伊亚联邦大学和美国德雷塞尔大学的研究人员。德雷塞尔大学教授Yury Gogotsi在2011年报告了第一个MXene材料。Facure在2022年至2023年期间在Gogotsi的研究组工作了一年，受到了FAPESP的支持，并继续与美国机构合作。巴伊亚联邦大学的Luiza Mercante也是该研究方向的一部分，该研究之前已经应用了相关原理来检测包括乙酰胆碱、多巴胺、甘氨酸、谷氨酸、组胺和酪氨酸在内的神经递质。

Facure表示，该工作仍然是实验室研究，在受控条件下进行。目前还没有用于农场、奶制品厂或检查当局的成品仪器。研究人员还在研究用于能量存储复合材料的MXenes，包括超级电容器、纳米发电机和污染修复系统。FAPESP通过由Osvaldo Novais de Oliveira Junior协调的一个主题项目资助了这项牛奶研究，该项目隶属于圣保罗大学圣卡洛斯物理研究所。