波士顿学院、波士顿大学和Enginer Labs的研究团队在最新一期的ACS Nano杂志在线版上发表报告称，原子厚的石墨烯的独特性质，使一种新的硬币大小的多路生物传感器成为可能，这是第一个检测废水中阿片类副产品的生物传感器。

这种新型装置首次使用石墨烯基场效应晶体管同时检测四种不同的合成和天然阿片类物质，同时保护它们免受废水中的恶劣元素的影响。当一种特定的阿片类代谢物附着在石墨烯上的分子探针上时，它会改变石墨烯上的电荷。对于连接到设备上的每个探针，这些信号都很容易通过电子方式读取。

该报告的主要作者、波士顿大学物理学教授肯尼斯·伯奇（Kenneth Burch）说：“我们开发的这种新型传感器能够快速、廉价、轻松地测量废水中的阿片类物质。它的敏感性和便携性将允许在当地范围内进行基于废水的流行病学研究，具体到一个街区一个街区或一个宿舍一个宿舍，同时确保隐私。”

该设备对阿片类药物流行的一个主要挑战做出了回应：确定社区中使用的药物的数量和种类。隐私问题和有限的资源是测试大量人群的障碍。另一种方法是基于废水的流行病学，类似于测试废水，以测量大流行期间冠状病毒感染的社区水平。

废水检测是一种新兴的策略，可以克服与个体药物检测相关的限制和污名，并为社区层面的药物使用提供更客观的衡量标准，虽然废水检测在欧洲已广泛开展，但在美国只有少数研究。该团队设备的快速和便携性将允许以低成本和高地理分辨率进行大规模人群检测。

Argun团队在马萨诸塞州牛顿市Enginer实验室的工作。，该项目由美国国立卫生研究院药物滥用研究所资助，该研究所正与研究人员合作开发智能城市工具，以协助解决药物使用和滥用问题的公共卫生监督项目。该项目的额外资金来自国家科学基金会、美国国立卫生研究院和海军研究办公室。

该团队的原型可以为公共卫生官员提供更便宜、更快的工具，以确定阿片类药物的使用水平和社区治疗干预的影响。

伯奇说，虽然石墨烯以前曾用于传感生物样本，但该团队的工作是首次证明这种材料可以用于废水。

此外，报告称，这是首次展示使用石墨烯基场效应晶体管（一种读取电荷量的电子设备）同时检测多个目标。

石墨烯电子多路传感器（GEMS）平台的设计和实现促成了这一突破。该平台能够同时感应四种不同的目标分子，同时保护它们不受废水中的有害元素的影响，废水样本由Mass提供。科德角替代化粪池系统测试中心（MASSTC）。

研究小组在石墨烯探针上安装了“适体”，即DNA链，其设计仅与废水中各种阿片类物质的代谢物的特定分子结合。当适体附着在药物上时，它会折叠，给石墨烯带来更多电荷。通过监测石墨烯上的电荷量来检测特定阿片类代谢物的存在。

伯奇说：“这些适体附着在我们的石墨烯装置上，当捕获药物时，石墨烯上的感应电荷被电子读取。我们的制造工艺和设计导致了较低的检测限，比以前通过其他方法得到的报告好一个数量级。”

以前的取样工具面临着限制，因为它们需要运送样品并在实验室进行测试。这些要求带来的成本限制了在资源不足的社区广泛采用和使用。伯奇说，通过克服这些限制，石墨烯设备可以在多个位置提供几乎实时的监控，这也可以帮助分配资源，如急救人员或特定的干预策略。

这是第一个这样的传感器，可以实现这样一个简单和易于使用的设置-一个单一的宝石平台的大小是一分钱。

该团队对该设备在恶劣的废水环境中的耐受性感到惊讶，他的实验室正在NIDA小企业创新研究（SBIR）资助下与Enginer实验室合作，开发最终用于商业用途的设备。

伯奇说：“我们也在努力研究这个平台还可以用来做什么，比如在家里快速检测病毒感染和/或废水中是否存在病原体。”