用于抗生素检测的磁性纳米粒子

仅在欧盟 (EU)，每年就有超过 25,000 人死于抗生素耐药性细菌引起的感染。抗生素滥用带来的另一个问题是与抗生素摄入相关的过敏反应的蔓延，影​​响某些患者使用某些抗生素，并威胁他们的健康。如果这种趋势持续下去，预计未来 35 年全球将有 3 亿人因抗生素耐药性而过早死亡。这就是世界卫生组织 (WHO) 宣布抗生素耐药性是“对公共健康的重大威胁”的主要原因。抗生素耐药性不仅对人类和动物健康产生直接影响。耐药性还带来经济威胁，导致欧盟每年至少增加 15 亿欧元的医疗费用和生产力损失。

此外，工业生产和医院使用过程中的抗生素废物被排放到当地的地下水和河流中，危害动植物，并传播抗生素耐药性。随着我们的环境受到抗生素的污染，农场和其他下水道的径流使世界上越来越多的细菌暴露在低浓度抗生素中，从而增加了抗生素耐药性。耐药性也是社会关注的问题，源于我们使用抗生素的方式，涉及不同的问题：抗生素过度使用、感染控制、耐药性监测、动物和农作物使用抗生素以及抗生素对环境的污染。抗生素的广泛使用导致了水道污染，可能导致淡水细菌群落产生耐药性。

过去几十年来，对常用抗生素有耐药性的微生物（超级细菌）急剧增加。水、食品和饮料中未代谢和代谢形式的抗生素的存在引起了人类的兴趣。这是因为每天接触少量抗生素，这些抗生素积累起来可能会导致抗生素耐药性的产生，或增加过敏反应的风险。用于量化抗生素的传统分析方法相对昂贵，通常需要较长的分析时间，并且难以进行现场分析。在这种情况下，基于电化学和光学的传感设备引起了人们的兴趣，为广泛的分析应用提供了巨大的潜力

图 1. 透射电子显微镜 (TEM) 图像：(a) 用二氧化硅壳改性的磁赤铁矿磁性纳米粒子 (MNP) (b) 带有石墨烯壳的钴纳米粒子[1]

面对广泛使用的抗生素耐药性增加所带来的真正威胁，研究人员必须提供快速灵敏的方法和设备，以便检测和量化污水、废水、土壤和食品样品等复杂基质中少量的各种分子。由多种纳米材料辅助的电化学和光学传感器肯定可以应对这一挑战。由于其多功能性和多种功能化可能性，MNP 是一种很有前途的组件，为生物分子提供锚定平台，从而提高灵敏度和选择性。在设计电化学传感器时，应考虑增加活性表面，以便大量生物分子可以附着在上面。

MNP 可以确保提高灵敏度和选择性，因为它们的大表面积为电极表面提供了更高的覆盖率，并增加了生物分子（抗体、适体）的数量。理想的抗生素检测传感器将具有光学传感器的灵敏度和电化学传感器的选择性。通过同时使用两种类型的 MNP 改性传感器，可以避免光学和电化学传感器的缺点。在混合方法中。生物传感器技术在成为抗生素检测的常规技术之前，还有许多问题需要解决。3D 打印、生物工程和微工程、微电机和人工智能等新技术代表了出色的工具，在不久的将来，它们将成为生物传感器的一部分，并将其转变为抗生素监测的一种方法。

[1]Cristea C, Tertis M, Galatus R. Magnetic nanoparticles for antibiotics detection[J]. Nanomaterials, 2017, 7(6): 119.