每分鐘400個！石墨烯生物感測器可批量「印刷」！

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小烯導讀

基於細胞的生物感測器可以在實驗室中模擬各種物質如藥物對人體的影響，但是成本非常高。近日消息，德國科學家發明了可一種採用簡單卷對卷的方式印刷基於石墨烯電極的生物感測器的技術，可以大大減少成本。目前，他們已經開發出可以大規模生產的系統原型。

基於細胞的生物感測器可以在實驗室中模擬各種物質如藥物對人體的影響，但是由於其高昂的成本，它們通常不被使用。使得生物感測器成本如此高的原因是昂貴的電極材料和複雜的生產過程。近日消息，德國頂尖研究機構弗勞恩霍夫的科學家了發明可一種採用簡單卷對卷的方式印刷基於石墨烯電極的生物感測器的技術，可以大大減少成本。目前，他們已經開發出可以大規模生產的系統原型。

基於細胞的生物感測器通過測量電信號觀測細胞培養物的變化。這是通過安裝在培養皿內的電極或所謂的孔板的孔來實現的。例如，如果添加的病毒破壞電極上的連續細胞層，則電極之間測量的電阻降低。以這種方式，可以測試疫苗或藥物的效果（例如）：活性成分越有效，被病毒破壞的細胞數量越少，測得的電阻變化越低。此外，毒性測試（例如化妝品）也可以按照相同的原理運行，並且可以替代未來的動物實驗。另一個優點：如果生物感測器與評估單元連接，測量可以連續並自動進行。

三大優點：導電的，生物相容的，可列印的

然而，上文所描述的生物感測器的製備過程複雜並且價格昂貴：電極由生物相容且導電的材料（例如金或鉑）製成。微電極的生產需要複雜的光刻工藝。由於成本高，實驗室通常不購買這些生物感測器，並且細胞培養物的檢查繼續在顯微鏡下手動進行。然而，作為貴金屬的替代品，石墨烯現在可以用作電極的材料。碳材料的優點：它具有導電性，生物相容性，並且如果是墨水的形式，則可以印刷在表面上。

位於德國薩爾州聖弗蘭霍夫生物醫學工程研究所（IMBT）的科學家正在嘗試使用這種石墨烯墨水。他們與德國聯邦教育與研究部（BMBF）資助的M-era.Net項目BIOGRAPHY的行業合作夥伴一起，開發了一種印刷工藝，可以以卷到卷的方式低成本大量生產石墨烯生物感測器。「我們的系統原型可以在連續的箔片上每分鐘列印約400個生物感測器，」IBMT生物醫學微系統部負責人兼BIOGRAPHY項目經理ThomasVelten博士在描述開發工作的結果時說。雖然印刷設備和石墨烯油墨由相關合作夥伴提供，但IBMT的科學家負責印刷工藝的設計。「尤其是，調整參數如墨水粘度、印刷速度、刮刀壓力（刮刀颳去多餘墨水）、以及印刷滾筒的深度，以便印刷結構符合標稱尺寸，」Velten解釋道。

來自IBMT的生物學家和工程師的跨學科團隊也開發了一種蛋白質墨水，它直接印刷在石墨烯之後的電極上。Velten：「這歸功於細胞粘附到電極箔上的蛋白質。」這是一個複雜的過程：金屬箔和油墨的表面能必須相互適應，即油墨從印刷滾筒到箔片的轉印是效果最佳。特別關鍵的是印刷結構的乾燥，因為蛋白質不能耐受溶劑或高溫。只有合適的油墨成分和乾燥方法混合才能確保油墨快速乾燥。

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