Nature成果：創(chuàng)新3D打印傳感器應(yīng)對亞臨床低鈣血癥，可幫助奶農(nóng)年節(jié)省近10億美元

2025年2月7日，南極熊獲悉，美國布萊克斯堡弗吉尼亞理工大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種突破性的3D 打印傳感器，每年可為美國奶農(nóng)節(jié)省近10 億美元。這款檢測設(shè)備能夠檢測奶牛的亞臨床低鈣血癥 (SCH，一種眾所周知的難以診斷的動物疾病)，并為奶牛養(yǎng)殖界的長期問題提供了一個有希望的解決方案。

相關(guān)研究以題為 “Attomolar-sensitive milk feversensor using 3D-printed multiplex sensing structures” 的論文發(fā)表在頂級雜志《自然通訊》上。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55535-w#Abs1

亞臨床性低鈣血癥，也稱為乳熱癥，在乳制品行業(yè)是一個大問題。當(dāng)奶牛的鈣含量低于一定水平而沒有明顯癥狀時，就會發(fā)生 SCH。這種疾病通常出現(xiàn)在剛產(chǎn)犢的奶牛身上，據(jù)估計，大約 50% 的成熟奶牛和 25% 的初產(chǎn)奶牛都會患上這種疾病。這種疾病會降低產(chǎn)奶量、導(dǎo)致癱瘓并損害奶牛的免疫系統(tǒng)，使它們?nèi)菀赘腥酒渌�疾病。一些報告甚至估計，SCH 每年每 100 頭奶牛造成的損失約為 8000 美元。

到目前為止，由于商用分析儀耗時費(fèi)力，檢測 SCH 一直頗具挑戰(zhàn)性。然而，弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員正試圖利用這種新型傳感器改變這一現(xiàn)狀。

將 3D打印傳感器與擠奶機(jī)集成，用于奶牛側(cè)面并連續(xù)測量牛奶樣本中的 Ca2+ 和 P。該圖是使用根據(jù) CC-BY 4.0 許可發(fā)布的 BioRender.com 圖像創(chuàng)建的。（圖片來源：NatureCommunications）

弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員使用 3D 打印多路復(fù)用傳感結(jié)構(gòu)的 Attomolar 敏感型牛奶發(fā)熱傳感器。（圖片來源：《自然通訊》）

新型傳感器是使用 Form 3 SLA 打印機(jī) 3D 打印的，旨在檢測牛奶樣本中鈣離子 (Ca2+) 與磷酸根離子的比例。檢測設(shè)備利用 SLA 打印過程產(chǎn)生的自然皺紋來增加傳感表面積，并將設(shè)備的整體靈敏度提高到阿摩爾精度（每立方厘米 600 個分子）。令人難以置信的是，結(jié)果在 10 秒內(nèi)即可返回，并且設(shè)備對牛奶和血液樣本的檢測結(jié)果都非常準(zhǔn)確。

a-b）分別為每個 WE 上的Ca 2+和 P 傳感機(jī)制。在兩個面板中，從上到下的層由樣品（牛奶）、離子選擇性膜 (ISM)、聚辛基噻吩 (POT)、金層 (Au)、鉻層 (Cr) 和傳感器基座組成。c-e) 不同放大倍數(shù)下沉積在褶皺 3D 打印傳感器上的 Au 的 SEM 圖像，其中標(biāo)明了主要和次要圖案。f) 最終涂層傳感器的 SEM 圖像。（圖片來源：Nature Communications）

這款傳感器如果在農(nóng)場使用，可以更快地診斷出產(chǎn)奶熱，減少與 SCH 相關(guān)的損失，并幫助奶牛保持健康。雖然這種設(shè)備的潛力顯而易見，但在廣泛采用之前還需要進(jìn)一步開發(fā)。

總而言之，這款設(shè)備順應(yīng)了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域采用3D 打印的更大趨勢，低成本、按需生產(chǎn)和高效技術(shù)使其成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的理想選擇。隨著農(nóng)業(yè)繼續(xù)采用這種傳感器等創(chuàng)新解決方案，我可以看到未來 3D 打印將在改善動物健康、可持續(xù)性和整體效率方面發(fā)揮核心作用，最終改變食品的生產(chǎn)和交付方式。