虫草（cordyceps）出没的世界中的石墨烯生物传感器

HBO 最新的戏剧惊悚片《The Last of Us》呈现了一个反乌托邦世界，人类被一种名为冬虫夏草（cordyceps）的变异寄生真菌占领，导致世界上超过 60% 的人口死亡或被感染并转化为失去理智的僵尸，世界末日如下我们知道。

如果有一种方法可以在前端检测受虫草污染的食品供应，甚至研究此类真菌的行为以制定预防或治疗策略呢？我们提出了一个虚构的场景，其中基于石墨烯的生物传感器可以作为预警措施和平台，使真菌学家能够在反乌托邦资源有限的环境中研究冬虫夏草的行为。

虫草——不完全是科幻小说

虽然虫草爆发留下的反乌托邦后果是高度虚构的，但虫草确实存在于现实世界中，并且以与《The Last of Us》中的人类类似的方式感染蚂蚁。

单侧冬虫夏草是一种真实世界的真菌感染，常见于热带地区，绰号“僵尸蚂蚁真菌”。这种感染会慢慢劫持蚂蚁的运动功能，迫使其离开巢穴，寻找有利于真菌生长的地方。随着真菌在蚂蚁体内生长和定殖，受感染蚂蚁的内部组织会慢慢被消耗。此时，卷须状结构从蚂蚁体内爆炸出来，并释放出感染同一物种的其他蚂蚁的孢子。与《The Last of Us》不同的是，受感染的蚂蚁不会突然开始攻击其他蚂蚁，而且一种蛇虫草通常只能感染特定的蚂蚁种类。

然而，与《The Last of Us》中对受感染人类的​​描绘一样，受感染的蚂蚁也被迫做出有利于真菌传播的行为。可怕的是，真菌夺走了宿主的所有控制权，但让他们的意识完好无损——让宿主处于无助的境地。改变心智真菌的概念已在 LSD（由麦角菌制成，一种感染谷物的真菌）1 和天然存在的裸盖菇素真菌中得到了充分证实，这两种真菌在高剂量食用时都会产生致幻作用。

图1：感染虫草的蚂蚁

与大多数真菌一样，冬虫夏草不能在人与人之间传播，也不能在 98.4 华氏度以上的温度下生存，这使得它在人类宿主体内生长在理论上是不可能的。然而，在《The Last of Us》的反乌托邦宇宙中，气温升高导致冬虫夏草进化并适应人体温度。

令人有些担忧的是，这与我们今天生活的世界相似——气候变化和气温上升增加了真菌病爆发的风险。3事实上，有人假设气候变化是推动一种相对较新的真菌出现的关键因素，耳念珠菌 (C. auris)，遍布 30 多个国家。尽管对免疫功能低下的个体构成更大的威胁，但耳念珠菌可以在人与人之间传播，并且经常表现出多重耐药性，导致医疗机构中的疫情爆发，并使临床医生的治疗选择有限或没有治疗选择。

在《The Last of Us》的反乌托邦描绘中，冬虫夏草的爆发始于受污染的面粉供应，面粉是一种常见的家庭用品，源自印度尼西亚雅加达——世界上最大的面粉厂所在地。这使得雅加达成为完美的归零地，受污染的面粉从这里被运往世界各地，每天有数百万人摄入这些面粉，从而导致人类社会的崩溃。在现实世界中，面粉被认为是疾病的传播媒介——多起大肠杆菌爆发事件与受污染的面粉来源有关。

考虑到气候变化和受污染的食物来源正在导致现实世界细菌和真菌感染的爆发，很明显，《The Last of Us》的虚构描述比我们最初认为的更接近现实。事实上，历史上有一个著名的先例，大饥荒在 1840 年代和 1850 年代对爱尔兰造成了毁灭性的打击，因为这场大饥荒是由一种类似真菌的生物体致病疫霉引发的，导致马铃薯作物遭到广泛破坏。

这是否意味着人类可以变成没有思想的僵尸？

不会，但通过受污染的食物源进行真菌感染的可能性会带来一些未知因素和危险，因此需要前端实时真菌爆发监测系统。霉菌毒素是某些真菌产生的天然毒素，由于其化学稳定性而存在于食品中。通常，霉菌毒素的检测在集中实验室中使用表面等离子体共振 (SPR)、酶联免疫吸附测定 (ELISA) 和石英晶体不平衡 (QCM) 等技术进行。

图 2：霉菌毒素污染供应链示意图

尽管具有敏感性和选择性，但这些方法都不适合现场监测或在资源有限的环境中监测，因为需要笨重的仪器、复杂的样品制备、熟练的操作员及其高昂的成本。

在《The Last of Us》的反乌托邦世界中，廉价的实时监控平台已成为确保人类生存的迫切需要。

进入基于石墨烯的生物传感器

基于石墨烯的生物传感器平台以其高灵敏度和选择性、实时现场监测能力、便携性、易用性以及广泛的表面缀合和修饰潜力而展现出巨大的潜力。在我们对《The Last of Us》反乌托邦世界的虚构描述中，基于石墨烯的生物传感器是跨多个维度的关键支持组件。它们可以作为人类和环境因素中潜在冬虫夏草感染源的预警信号和实时监测工具。

虽然人类已经开发出一种使用简单的非侵入式手持扫描仪来检测冬虫夏草的方法，但这些工具无法检测早期感染，因为与基于实验室的方法相比，它们的检测限相对较高。幸存者转向基于石墨烯的生物传感器，该传感器支持低检测限，能够在几秒钟内检测出早期冬虫夏草感染。基于石墨烯的生物传感器还被集成到便携式手持环境监测设备中，能够检测食物和水中与虫草相关的代谢物——提供了一个关键平台，帮助维持已建立的检疫区 (QZ) 的完整性。

先进的科学实验室已被废弃，几乎不可能采购昂贵的实验室筛选设备，幸存的科学家和真菌学研究人员只能使用基于石墨烯的生物传感器来研究和分析冬虫夏草的行为。一群幸存者冒险进入感染区收集虫草真菌样本，然后使用基于石墨烯的生物传感器对样本进行分析，以深入了解虫草真菌的行为、生长模式和突变。这些信息用于制定针对真菌的有效保护措施，并作为制定潜在治疗策略或治愈方法的关键第一步。

在生存不断挣扎的暗淡世界中，基于石墨烯的生物传感器为人类带来了一线希望，它为人类提供了一个平台，该平台可以作为有效的实时监测解决方案，帮助遏制冬虫夏草的爆发，并为幸存的真菌学研究人员提供方便和可靠的解决方案。研究真菌的有效工具，为开发潜在的治疗方法或治愈方法以确保人类的生存带来了新的希望。

免责声明：以上叙述是一部科幻小说。这项工作并不代表 General Graphene Corporation 或其合作伙伴在现实世界中的任何开发。