Nature成果：創(chuàng)新3D打印傳感器應對亞臨床低鈣血癥，可幫助奶農年節(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動物科學學院的研究人員開發(fā)了一種突破性的3D 打印傳感器，每年可為美國奶農節(jié)省近10 億美元。這款檢測設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)在剛產犢的奶牛身上，據(jù)估計，大約 50% 的成熟奶牛和 25% 的初產奶牛都會患上這種疾病。這種疾病會降低產奶量、導致癱瘓并損害奶牛的免疫系統(tǒng)，使它們容易感染其他疾病。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力，檢測 SCH 一直頗具挑戰(zhàn)性。然而，弗吉尼亞理工大學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集成，用于奶牛側面并連續(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）

弗吉尼亞理工大學的研究人員使用 3D 打印多路復用傳感結構的 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 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。檢測設備利用 SLA 打印過程產生的自然皺紋來增加傳感表面積，并將設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，結果在 10 秒內即可返回，并且設備對牛奶和血液樣本的檢測結果都非常準確。

a-b）分別為每個 WE 上的Ca 2+和 P 傳感機制。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場使用，可以更快地診斷出產奶熱，減少與 SCH 相關的損失，并幫助奶牛保持健康。雖然這種設備的潛力顯而易見，但在廣泛采用之前還需要進一步開發(fā)。

總而言之，這款設備順應了農業(yè)領域采用3D 打印的更大趨勢，低成本、按需生產和高效技術使其成為農業(yè)領域的理想選擇。隨著農業(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和交付方式。