Daring AM：3D 打印是病原体检测的未来 – 3D打印行业资讯网

病原体检测在从医疗保健到食品安全的许多行业中都很重要。我们越快检测有害细菌或其他微生物，就能更好地保护人们免受疾病和污染的侵害。

每年，全世界有数百万人因食源性病原体而患病，导致数千人死亡。检测缓慢可能导致疾病暴发、产品召回和疾病广泛传播。这就是为什么改进检测方法至关重要，而如今 3D 打印在使病原体检测更快、更便宜和更高效方面发挥着关键作用。

最近的两项进展表明 3D 打印如何帮助科学家和研究人员创建创新工具，以更高的准确度和更低的成本检测病原体。第一个进步称为表面印迹聚合物（SIP）。这些材料的表面具有微小的形状，模仿特定细菌的形状，使它们能够捕获和检测这些细菌。日本冲绳科学技术研究所的研究人员使用 3D 打印来制造这些聚合物，这些聚合物可以集成到传感器或设备中，以检测食物或水等各种环境中的有害细菌。

第二个进步是3D打印的微流控芯片，可以同时检测多种类型的食源性细菌。该芯片由中国广东工业大学和上海浦东新县人民医院的科学家创建，利用微小的通道和传感器来快速检测食品样本中的大肠杆菌和沙门氏菌等有害细菌。该技术加快了检测过程并提高了准确性，更容易确保食品安全。

这两项突破都归功于几个关键因素：技术创新、成本降低、准确性提高以及在各种环境中使用这些工具的能力。 3D 打印可以快速、廉价地制造能够准确检测有害细菌的工具和传感器。这有助于 3D 打印在改进各行业病原体检测方法方面发挥越来越重要的作用。

技术创新

其中一项关键发现来自日本研究人员，他们开发了一种使用 3D 打印制造 SIP 面板的新方法。传统上，制造 SIP 是一个缓慢而复杂的过程，涉及手动合成材料，通常会导致不一致。现在，使用 Formlabs 的 Clear Resin V4，科学家可以快速可靠地打印这些旨在捕获和检测特定细菌（例如大肠杆菌）的聚合物。这种 3D 打印方法简化了流程，使其更快、更准确，并且适​​用于细菌检测至关重要的行业（例如医疗保健和环境监测）中的各种应用。

另一项重要进展涉及中国研究人员开发的 3D 打印微流控芯片，用于检测沙门氏菌、李斯特菌和大肠杆菌等食源性病原体。该芯片使用适配体传感器，这是一种可以识别并结合特定病原体的小分子。该芯片的设计使其能够同时检测多种病原体，这比一次只能检测一种细菌的旧方法有了很大改进。

经济效益

使用 3D 打印进行病原体检测最显着的好处之一是降低成本。传统方法通常需要昂贵的设备，例如 PCR 机，其成本可能在 15,000 至 100,000 美元之间，或流式细胞仪，其成本可能超过 100,000 美元。更先进的仪器，例如质谱仪，价格可能在 100,000 美元到 500,000 美元之间。此外，这些机器需要专门的材料和训练有素的人员来操作，使得测试缓慢且昂贵，特别是在处理大批量样品时，例如在食品加工或水测试中。

相反，新的 3D 打印 SIP 面板使用更便宜且广泛使用的材料，例如可以轻松购买的透明树脂。此过程中使用的 SLA 3D 打印机也比传统的病原体检测设备更便宜。这些打印机使用激光逐层固化液态树脂，从而在聚合物表面形成精确的细菌形状。研究人员表示，由于这种方法消除了人工聚合物合成的需要，这种合成是劳动密集型且容易出错的，因此总体生产成本要低得多，使更多的公司和实验室能够在不超出预算的情况下使用先进的病原体检测方法。 。

同样，用于检测食源性病原体的 3D 打印传感器芯片是一种经济高效的解决方案。该芯片可以利用3D打印进行批量生产，不需要专门的设备来操作。这使得小型食品生产商可以使用它，他们可能没有资源投资复杂的检测系统，但希望确保其产品的安全并保护消费者免受食源性疾病的侵害。

准确度和灵敏度

3D 打印的 SIP 和传感器芯片都展示了病原体检测的准确性和灵敏度。即使在存在多种细菌的环境中，SIP 也可以准确检测特定细菌。这很重要，因为它可以防止假阳性结果，当其他良性细菌干扰结果时可能会出现假阳性结果。

SIP 通过一种称为表面压印的过程来实现这一点，该过程在聚合物表面创建微小的空腔，与它们要检测的细菌的形状完美匹配。研究人员表示，这些空腔非常精确，可以“捕获”目标细菌，而忽略其他细菌，从而获得高度准确的结果。

3D打印芯片也非常敏感。它可以检测极低水平的病原体——低至每毫升 10 个菌落形成单位 (CFU/ml)。科学家表示，这远远低于让人生病的细菌数量，这使得该芯片成为食品安全应用中早期检测的绝佳工具。及早发现感染有助于公司迅速采取行动并预防食源性疾病的爆发。

通用应用

3D 打印允许这些病原体检测工具用于各种行业和应用。例如，3D 打印的 SIP 可用于医疗诊断、环境监测和生物技术。由于 SIP 旨在检测细菌，因此它们可用于监测供水、跟踪土壤中的细菌污染，甚至有助于控制细菌生长很重要的工业发酵过程。

同样，3D 打印传感器芯片在食品行业中具有很高的价值，可用于检测从生肉到加工食品等多种食品中的病原体。它同时检测多种病原体的能力使其成为大规模检测的理想选择，减少了确保消费者食品安全所需的时间和成本。

此外，由于3D打印允许快速定制，SIP和芯片都可以根据行业的具体需求进行定制，以检测不同类型的病原体。

速度和效率

速度对于病原体检测至关重要，因为延误可能导致广泛的污染和疾病。细胞培养和 DNA 测序等传统方法需要很长时间才能产生结果。相反，3D 打印的 SIP 面板可以在不到 6 小时的时间内生产出来，并且比旧方法所需的制造时间要少得多。

3D 打印芯片的效率也更高。研究人员表示，该芯片可以使用闸阀系统自动将食品样本送入传感器，从而加快检测过程。该系统可以同时快速检测多种病原体，显着减少食品安全检查所需的时间。

病原体检测方面的这些进步是 3D 打印技术如何突破可能界限的另一个例子。事实上，3D 打印通过提供更快、更便宜和更准确的解决方案不断证明其潜力。随着技术的成熟，其改变各个行业的能力变得越来越明显，这表明 3D 打印在解决现实世界问题方面的强大和多功能性。