由美國加州大學聖地亞哥分校(University of California, San Diego)和澳洲聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)組成的跨國研究團隊聯手設計出一款拋棄式的「手套上實驗室」(lab-on-a-glove),能讓佩戴者簡單又安全地滑過待測的表面,即可輕鬆辨識出可能危及健康的生化藥物。

研究人員使用量身打造的可印刷墨水,在普通的紫色無?粉末檢測手套上印刷出層層卷繞的蛇紋圖案,打造出可伸縮但又堅的導電電路。研究人員並以拇指作為樣本收集表面,並且僅以印刷的可伸縮碳盤確保粘黏分析物殘留。

而在食指的指尖——即印刷的部份電化學電池,研究人員以導電半固體凝膠基質(覆蓋OPH/Nafion層)固定有機磷水解酶(OPH),取得從工作電極上OPH酶層收集墊片擴散而來的分析物。這種酶能與現有的有機磷酸酯(OP)化合物發生反應,由於它具有高度神經毒性,因此又稱為神經毒劑。當手套佩戴者在表面(例如水果表面)上滑動姆指,以便測試是否存在OP化合物時,緊貼其他手指至食指指尖以及姆指的樣本收集墊,從而完成電化學電池。

利用附在手背上的無線藍牙可攜式微型恆電位儀,即可執行電化學檢測。生物催化的OPH水解反應產生可經由掃描電位方波伏安法(SWV)檢測的對硝基苯酚。接著就能在智慧型手機或任何其他連網的行動裝置上顯示伏安測量的結果。

在防禦和食品安全應用中,這種以手套為基礎的電化學生物感測器可作為穿戴式的使用點和即時篩選工具。研究人員並測試手套及其感測電路,以證實印刷軌跡對極端機械變形後仍具有彈性和順應性,彎曲和拉伸可達50%,而不至於影響生物感測器的結果。

總之,感測手指(食指)有賴於印刷在卜於手套表面上的三層彈性墨水。使用銀層(Ag/AgCl粒子結合Ecoflex彈性體材料)可作為參考電極和沿著手指到第三關節的蛇形連接(其中可調節環繃帶將手套連接到手持式恆電位儀)。由改性碳油墨(具有可伸縮的彈性體苯乙烯-異戊二烯共聚物)製成的第二軟性層形成工作和相對電極,第三層則是透明的軟性和可伸縮絕緣層,覆蓋蛇形連接(同時暴露感測區域和方形接觸墊)。拇指上的樣本收集區則簡單得多,具有單張印刷的可伸縮碳油墨圓形墊片。

研究人員想像,這種嵌入手套的可印刷生物感測器系統能夠擴展至多種化學檢測,不同的反應電池可以因應不同的指尖而設計,或用於解決不同的檢測要求。

這種手套還可以大規模生產,使成本降低且可拋棄,還可針對具有化學威脅顧慮的軍事、法醫、消費者保護和食品安全等應用進行現場即時篩檢。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Lab-on-a-glove detects nerve agents,by Julien Happich)