商用气体生物传感器

生物传感器是脑控机器人和脑机接口领域的重要器件，通常贴在面部或头部皮肤上以检测源自大脑的电信号。近日，来自澳大利亚悉尼科技大学的科学家团队开发出一种新型碳基生物传感器，可能将推动脑控机器人和脑机接口技术的革新，相关内容以题为“Non-invasive on-skin sensors for brain machine interfaces with epitaxial graphene”发表在《Journal of Neural Engineering》杂志。　　该传感器由外延石墨烯制成，作为一种碳基材料，可以直接种植在硅基碳化物基板上。研究人员将石墨烯的优点（生物相容性和导电性）与硅技术的优点结合起来，这使得新开发的生物传感器具有很强的弹性和稳定性。与商用干电极相比，该传感器可以极大地减少皮肤接触电阻（即传感器和皮肤之间的电信号阻力），由此可以减少脑电信号在传导过程中的损耗。此外，该传感器优越的鲁棒性，可在高盐环境中长期重复使用。　　总之，这种可扩展性强的新型生物传感器传，克服了生物传感技术的三大挑战：耐腐蚀性、耐用性和皮肤接触电阻，使得它在脑控机器人和脑机接口领域的应用前景非常广阔。　　论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-2552/ac4085　　注：此研究成果摘自《Journal of Neural Engineering》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

随着科技的进步，传感器和光学元件都将趋于小型化和集成化。有机低维纳米材料由于其独特的结构和新颖的物理、化学性质，在生物传感、纳米光子学领域中展现出广阔的应用前景。近日，据国际知名期刊《Advanced Materials》报道，中国科学院化学研究所光化学院重点实验室利用高比表面积的一维纳米材料，制备出一种更加灵敏的电化学发光纳米生物传感器。该项研究也为低维纳米材料制备生物传感器提供了重要的理论和实验依据。　　从细菌到人，所有生物都在使用&ldquo 生物分子开关&rdquo 来监测环境。此类&ldquo 开关&rdquo ，即由RNA或蛋白制成、可改变形状的分子。这些&ldquo 分子开关&rdquo 的诱人之处在于：它们很小，足以在细胞内&ldquo 办公&rdquo ，而且非常有针对性，足以应付非常复杂的环境。受到这些天然&ldquo 开关&rdquo 的启发，纳米生物传感器应运而生。　　据中科院相关人员介绍，生物传感器是用固定化的生物体成分，如酶、抗原、抗体、激素等，或者是生物体本身的细胞、细胞器、组织等作为传感元件制成的传感器。按所用分子识别元件的不同，生物传感器可分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等 按信号转换元件的不同可分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器、测声型生物传感器等。其中，电化学生物传感器由于具有体积小、分辨率高、响应时间短、所需样品少、对活细胞损伤小等特点，广泛应用于医药工业、食品检测和环境保护等领域。　　如今，纳米技术的介入更是为电化学生物传感器的发展提供了新的活力。纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等，使得其表现出奇异的化学、物理性质。例如常见的碳纳米材料，特别是碳纳米管、石墨烯等，就表现出优良的力学性能、导电性能、表面性能及独特的电化学性质。此前，研究人员就曾用琼脂糖将葡萄糖氧化酶和连接了二茂铁的单壁碳纳米管固定在玻碳电极表面，实现了对葡萄糖的快速灵敏检测。碳纳米管的引入还能够显著提高电化学敏感膜中电活性物质的氧化还原可逆性，同时消除了溶解氧对测定的干扰。纳米材料应用于电化学生物传感器领域后，不仅提高了传感器的检测性能，而且提升了传感器的化学和物理性质以及它对生物分子或细胞的检测灵敏度，检测时间也得以缩短，与此同时还实现了高通量的实时分析检测。　　随着纳米技术和生物传感器交叉融合的发展，越来越多的新型纳米生物传感器涌现出来，如量子点、DNA、寡核苷配体等纳米生物传感器。未来纳米生物传感器的发展方向应该是集成多功能、便携式、一次性的快速检测分析机器，它可以广泛用于食品、环境、战场、人体疾病等领域的快速检测。例如，食品和饮料中病原体或者农药残留成分的快速灵敏检测 环境中污染气体或者污染金属离子等远程检测和控制 人体血液成分和病原体的快速实时检测，以及战场生化武器和爆炸物的快速检测。　　但是与此同时，新一代纳米生物传感器同样面临诸多挑战，如更高灵敏度、特异性、生物相容性、集成多种技术、检测方法简化、制备工艺、批量化生产、成本效益等。对此，这一生物传感器的研发课题组专家表示，分子自组装加工工艺简单可控，可以实现快速复制，而且成本较低，对生物传感器的发展有很重要的促进作用，有利于高灵敏度、低成本、一次性纳米生物传感器的发展。而生物分子自组装技术更值得关注，它具有天然的生物兼容性、优异的结合性能，或将成为生物传感器发展的另一个全新领域。

“随着智能制造、工业互联网、健康医疗产业的发展，作为其核心技术的生物传感器产业也随之迎来庞大的市场需求，山东省生物传感器重点实验室将加快产业化应用，抢夺市场先机。”山东省科学院副院长刘孟德在14日举行的生物传感器技术及产业发展论坛上表示。市场蛋糕巨大当日，国内生物传感器领域的专家齐聚济南，围绕临床检验、家庭医疗、环境监测、工业过程和生化反恐等诸多领域的生物传感器技术及相关产业，探讨以山东省生物传感器重点实验室和山东省生物传感器技术研究推广中心为载体，组建生物传感器工程技术中心，加速推动产业化发展。　　山东省科学院生物研究所所长、山东省生物传感器重点实验室主任史建国告诉记者，从20世纪80年代起，生物传感器在生物医学检验、疾病诊断与治疗、食品分析、环境监测、工业过程检测与控制、毒物检测及战争生化预警等领域得到广泛应用，并成为现代分析仪器的前沿科技领域和国际市场竞争的热点。“我国在生物传感器新原理、新方法和新结构方面已取得一系列国际先进或国际领先的科研成果，但研究成果向产业转化进程还比较缓慢。”中国科学院生物物理研究所研究员张先恩告诉记者，2010年全球生物传感器市场销售额突破了100亿美元，预计2020年将达到225亿美元。其中临床检验占44.9%，家庭诊断20.2%，环境监测14.3%，实验室10.7%，工业过程6.6%，生化反恐3.3%。但我国目前生物传感器产品的国际市场份额不超过10%。根据全球知名市场调研公司PMR发布的一份新报告，未来6年，全球生物传感器市场将经历快速增长，该市场2014市值为129亿美元，到2020年将达到225亿美元，复合年增长率为9.7%。由于医疗保险普及率的不断扩大、人口基数大以及卫生保健系统的不断升级，亚太地区将成为增长最快的地区。　　“当前慢性病及生活方式相关疾病发病率上升、不断增长的老龄人口、生物传感器在各行业的广泛应用、纳米技术在医疗保健领域的应用，推动了生物传感器市场的快速增长。”张先恩表示。推动产学研协同创新山东在生物传感器领域的技术和产业化已经走在了前面。据史建国透露，山东省科学院生物研究所意欲借助其工业生物传感器研究和产业化应用的科技平台，组建跨部门、跨行业、跨区域的生物传感器研发布局和协同创新体系。据了解，山东省科学院生物研究所是我国惟一实现生物传感器产业化应用的科研单位，已先后研制出葡萄糖、还原糖、乳酸等多种生化分析传感器，建立了生物传感器在工业环境下运行的实验方法、操作规程、配套试剂及培训服务体系，产品占国内市场95%以上(其余5%为进口产品)，在我国食品发酵、生物医药等科研及产业领域实现了广泛应用，突破了传统生产过程只依赖于物理和化学传感器的落后局面，打破了国外技术封锁，为我国生物工业的过程控制提供了先进的技术支撑。“以氨基酸发酵产业为例，全国年产量300多万吨，年总产值超过400亿元 生物传感器应用于氨基酸生物反应器的系统优化、葡萄糖流加控制、产物分离提取等过程，可提高产率10%-15%，年增经济效益达40亿元以上。按照整个工业生物技术产业应用情况计算，年增经济效益可达100亿元以上。”史建国说。　　据史建国透露，山东省科学院生物研究所将与中科院及相关企业合作，利用生物传感器研发布局和协同创新体系，开发新的酶分子元件，增加生物传感器检测指标，实现对多种代谢产物的检测 将生物传感器与物理、化学传感器融合，研发多传感器分析模块，建立工业生物过程的在线检测与自动控制系统 生物传感器与信息技术、物联网技术结合，构建新型的智能化工业生物过程控制与运行模式。　　“当前山东工业转型升级的焦点和瓶颈问题是缺乏关键的核心技术对传统产业进行产业升级，山东省科学院组建生物传感器研发布局和协同创新体系是有益的探索。”山东省经信委科技处处长封宗庆当日表示，我省将积极推动此类产学研协同创新。

据参考消息网1月11日援引外媒报道，日本研发出准确度高的诊疗感应器，只要呼一口气就可判断用户是否患癌或糖尿病等疾病。　　据报道，这款感应器由日本国立物质与材料研究机构(NIMS)联同NEC、住友精化、大坂大学和瑞士精密仪器公司开发。感应器为一片数厘米见方的小晶片，装嵌特制薄膜。只要向薄膜呼气，感应器便会分析气体内的化学物质，确认有否患上癌症等疾病的特征，判断患病可能性，并将诊断结果传送至智能手机或电脑，供医护人员参考。　　感应器已大致完成开发，将于2022年全面推出市场。专家期望感应器可与智能手机等装置结合，让普罗大众随时作自我诊断，及早发现健康问题以减轻医疗开支。　　据统计，2010年全球生物传感器市场销售额突破了100亿美元，预计2020年将达到225亿美元。其中临床检验占44.9%，家庭诊断20.2%，环境监测14.3%，实验室10.7%，工业过程6.6%，生化反恐3.3%。但我国目前生物传感器产品的国际市场份额不到10%。随着智能时代的到来，科技巨头纷纷涉足生物传感技术，相关概念股有望分享这次科技盛宴。A股中美达股份、三诺生物、汉威电子等上市公司，涉及生物传感器生产相关业务。

近期，俄罗斯科学家开发出了一种新的激光技术，用于制造新颖的光学生物传感器，这种传感器能够在几秒钟内识别感染性疾病。该装置通过红外光来显示有害的细菌和病毒，可以在大型的交通枢纽，如机场等需要不断监测大量的客流的环境下得到广泛应用。　　这项研究发表在《激光物理快报》杂志上。该传感器是由一个规则微穿孔化的银纳米薄膜沉积在由天然矿物萤石支撑的透明基板上制作而成。生物材料样本，如刮下的鼻粘膜的样品被放置在薄膜上。然后，这一薄膜曝光在一个普通实验室中的红外光谱仪的红外光中。通过获取通过样品的光谱，研究人员可以推断出特定的细菌或病毒的存在。　　为了证明新型生物传感平台可以立即检测病原微生物，科学家们使用了一种常见的细菌进行实验，金黄色葡萄球菌。　　这种快速分析可能被广泛应用于大型交通枢纽，如机场这种需要不断对流通乘客进行健康监测的环境下。目前，这种还是通过热成像摄像机跟踪体温来实现。一个发烧的乘客可能是一个潜在的感染源。在这种情况下，一个清晰的分析是必要的，要辨别出来该人是否实际上是生病了，还是什么别的原因。利用现有的方法调查生物材料，如聚合酶链式反应方法要需要几天。与之相反的是，这种新技术可以立即提供出检测的结果。　　这项研究由机械与光学大学、国家核研究大学、列别捷夫物理研究所、莫斯科物理技术研究所的科学家主导进行，并与莫斯科传染病临床医院展开了密切合作。　　这种新的生物传感器的另一个优点是它的灵敏度。“光学生物传感器，使用我们的技术可以检测单个细菌，”Sergey Kudryashov说，他是机械与光学大学激光技术与仪器学院和列别捷夫物理研究所气体激光器实验室的领导研究员。“在一些公共机构，如幼儿园、学校内传染病的早期诊断，特别对于高校的季节性流行病有很好的帮助。对于在传染病医院的医生来说，这种技术可以是一个宝贵的资产，可用于早期和更快的诊断。”　　该生物传感器的灵敏度归功于银质薄膜的光栅状结构。当红外线通过传感器时，它会定期地分布在表面上。随着光照强度变高微孔会转变成热点。生物材料中含有的微生物会在热点中有效地填充孔和吸附，这增加了他们的检测的概率。　　数以百万计的微观孔利用激光进行切割，这是通过衍射光学元件进行空间复用成微束，使研究人员能够使传感器的生产自动化和更迅速。　　“到现在为止，这样的传感器只能通过高倍率放大的电子显微镜才能看到，所以实际的实验室分析是不可能的。我们的方法可以允许这种微孔结构覆盖更大的面积，扩展到一平方厘米面积，用以制作出应用在实际实验应用传感的原型，以方便生物材料更好的适配，”Sergey Kudryashov说。　　对于光学生物传感的反洗方法并不是新创的，而只是实施过程中效果不佳。这是由于一个事实，早期的技术并不能制造真正的原型，即可用在实验室环境中进行测试和临床中实践。　　这在把这项新技术用于医疗实践之前，提出了另一个科学家必须进行解决重大的挑战，细菌(红外光谱库)的参考数据库的建立，即被用来与从红外光谱仪形成的数据进行比较。　　红外光谱仪的读数总是要与这种光谱数据库进行比较，即某些官能团分子的红外活性指纹的目录库。例如，在研究中使用的金黄色葡萄球菌，有它自己的指纹，来自胡萝卜素的类胡萝卜素片段，而胡萝卜素即是负责其颜色的一种物质。　　科学家们希望在未来，由于较低的生产成本和快速的制造工艺，以及更常见的基板材料的使用，新的光学生物传感器平台将得到广泛的实际应用。此外，根据研究人员的说明，一旦光谱库被校准，传感器将能够识别不仅是致病微生物的类型，且会包括它们的近似类型。

目前，大多数医学实验室主要仰仗逆转录PCR（RT-PCR）技术来诊断新冠病毒感染。PCR技术可以放大病毒的遗传物质，使其可被检测出来。但这项技术需要专门的人员和设备，供应链短缺导致很多国家和地区的检测能力严重不足。为了在不需要基因扩增的情况下直接检测出患者样本内的新冠病毒，华盛顿大学医学院蛋白质设计研究所所长大卫贝克教授领导的研究小组利用计算机，设计出了一款生物传感器，可识别病毒表面的特定分子并与之结合，然后通过生化反应发光。抗体测试可以揭示某人此前是否感染过新冠病毒，科学家们用此来追踪新冠肺炎的传播情况，但这种测试也需要复杂的实验室设备。鉴于此，该研究团队还发明了另一款生物传感器，当与新冠病毒抗体混合时，这款传感器也会发光。而且，这款传感器不会对血液中的其他抗体——包括针对其他病毒的抗体产生反应，这对于避免假阳性非常重要。贝克说：“我们已经在实验室证明，这些新传感器可以轻而易举地检测到模拟鼻腔液或血清样本中的病毒蛋白或抗体，接下来，我们将证明它们是否能可靠地用于诊断环境。”研究小组还表示，除用于检测新冠病毒外，这些生物传感器还可用于检测其他人类蛋白，如Her2（某些乳腺癌的生物标志物和治疗靶点）和Bcl-2（在淋巴瘤和其他一些癌症中具有临床意义），以及针对乙肝的细菌毒素和抗体病毒等。

日前，德国拜罗伊特大学和图宾根马克斯普朗克发育生物学研究所科学家开发出一种新型传感器，可以实时显示植物细胞中生长素的空间分布，并可快速检测环境变化对植物生长的影响。这种传感器为研究人员打开了观察植物内部运作的全新视角。相关研究成果发表在最近的《自然》杂志上。　　无论是种子的胚胎发育、根系生长，还是植物对阳光方向的反应，生长素都具有协调植物对外界刺激反应的功能。为了触发对外部刺激的反应，它必须存在于所需的细胞组织中。迄今为止，人们还无法在细胞分辨率上直接确定生长素的时空分布。　　此次，研究人员开发出一种新型基因编码的生物传感器，可将植物体内生长素的分布定量可视化。其特殊之处在于，它是一种植物经改造后可自己产生的人造蛋白质，而不必经由外部引入。他们利用这种传感器实时观察了细胞组织需要生长素的时空间分布动态过程。　　在开发这种生物传感器时，研究人员发现大肠杆菌中有一种蛋白质可与两种荧光蛋白偶联，并在这些配对蛋白非常接近时发生荧光共振能量转移(FRET)。这种蛋白可与氨基酸色氨酸结合，但与生长素的结合要差得多。他们希望通过基因改造，使其能更好地与生长素结合，并使其FRET效应只在蛋白质与生长素结合时发生。　　研究人员对植物进行了基因改造，使其在某种刺激下可在细胞组织中产生满足这些要求的蛋白质。于是，新型生物传感器诞生了：强烈的荧光信号表明了细胞组织中生长素的位置，提供了细胞内生长素分布的精确“快照”，且不会对生长素控制过程造成永久影响。　　“传感器的发展是一个漫长的过程，在这个过程中，我们已经获得了关于蛋白质如何被选择性地改变以结合特定小分子的基本见解。”拜罗伊特大学蛋白质设计学教授比尔特哈克说，“预计在未来几年，新的生物传感器将发现更多关于植物内部运作以及它们对外界刺激反应的新见解。”

近日，中科院上海应用物理研究所、苏州纳米技术与纳米仿生研究所、复旦大学中山医院、上海计量测试技术研究院合作开发了一种基于DNA纳米结构修饰界面的电化学生物传感器，用于microRNA肿瘤靶标的超灵敏检测，相关工作已于日前发表于Nature杂志社新出版的综合性期刊Scientific Reports。　　微小RNA(microRNA)是一种内源性的非编码单链RNA，在细胞的一系列生理发育过程中起着重要的调控作用。研究者发现microRNA的异常表达与很多肿瘤的发生发展直接相关，特别是发现它可以稳定地在血清中存在，是一类非常有前景的肿瘤标记物。　　与传统的PCR等均相检测方法相比，基于表面反应的电化学生物传感器对疾病相关的microRNAs检测具有更加廉价、更容易实现现场检测的优点。然而，电化学生物传感器的灵敏度常常受到界面传质过程和拥挤效应的限制。　　为了解决这些问题，中科院上海应用物理研究所研究员樊春海及其团队之前已发展了利用三维DNA纳米结构修饰金电极表面的新方法，可以显著增强表面分子的结合能力和提高检测灵敏度。　　在樊春海指导下，闻艳丽等科研人员将这种DNA纳米结构修饰表面用于microRNA的传感检测。研究表明，这种新型的生物传感器可以检测到aM(10-18 mol/L)水平(1000个分子)的microRNAs，具有良好的单碱基区分能力，且能与前体RNA很好地区分。利用这种新型生物传感器灵敏度高、重复性好、无须标记和无须PCR扩增的优点，研究者对于一系列食管鳞状细胞癌病人样本中的microRNAs表达水平进行了分析，并实现了对癌组织和癌旁组织的良好区分。

中科院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室研制的光学生物传感器继成功应用于2008年北京奥运会等重大活动的安全保卫之后，近日又在上海世博会出入境检验检疫、环境空气有害物监测等方面得到应用，为世博安全运营提供了科技保障。　　光学生物传感器是通过检测生物分子之间微观特异性反应所产生的光学信号来检测微量目标被检物的一种光学仪器，具有灵敏、特异、稳定及适合于现场快速检测等优点。上海光机所信息光学与光电技术实验室黄惠杰研究员课题组与军事医学科学院、中国检验检疫科学研究院等单位长期合作，研发的上转换发光生物传感器与定量金标免疫分析仪等先进的光学生物传感技术现已成功应用在生物安全、食品安全、临床诊断等多领域，并获得了用户的广泛好评。

“生物传感器的广泛开发与应用，主要归功于生物元件对于其敏感的分析物具有很强的特异性，不会识别其他分析物。利用生物传感器，可以快速、实时获得有关分析物准确可靠的信息。”袁吉锋说。合成生物学的发展推动了细胞生物传感器的开发。这种生物传感器以活细胞为生物元件，基于活细胞受体检测细胞内外的微环境状况和生理参数的变化，并通过两者之间的相互作用产生细胞信号转导，进一步激活不同的信号输出模块，从而产生不同的信号。袁吉锋介绍，从本质上讲，其他类型的生物传感器使用的是从生物中提取出的生物元件。而基于活细胞的细胞生物传感器是一种独特的生物传感器，它可以通过模拟细胞正常的生理生化变化来检测信号。目前，这种生物传感器已成为医疗诊断、环境分析、食品质量控制、化学制药工业和药物检测领域的新兴工具。“用于构建细胞生物传感器的生物元件包括细菌细胞、真菌细胞以及哺乳动物细胞。我们这次所构建的工程化酵母生物传感器，正是基于酿酒酵母细胞所构建的真菌细胞传感器。”袁吉锋说，酿酒酵母细胞用于生物传感器的构建，在细胞性能上具有优势。作为一种真核生物，酿酒酵母细胞与哺乳动物细胞的大多数细胞特征和分子机制一致，特别是与感知和响应环境刺激密切相关的GPCR信号通路具有极高的相似性；酿酒酵母是酵母物种中第一个基因组已完全测序的真核生物，并且遗传修饰工具非常完备；酿酒酵母的培养条件简易、培养成本低、生长速度快、温度耐受范围宽，可以通过冷冻或脱水等方式进行储存和运输，具有生物安全性。可进一步设计改造成检测试纸基于工程化酵母细胞构建生物传感器多年来一直是研究热点。袁吉锋团队此次通过人工转录因子，将GPCR信号通路与高效基因转录模块——半乳糖调控模块进行耦合，在酵母生物传感器中引入了一个额外的正反馈回路，以此来增强酵母生物传感器的灵敏度和信号输出强度。袁吉锋解释说：“我们相当于设计了一种正反馈放大器，让酿酒酵母细胞中GPCR在识别到白色念珠菌的信息素信号之后，不仅能通过人工转录因子激活下游信号报告模块的表达，同时还能驱动半乳糖调控模块自身的转录因子Gal4表达。两个转录因子协同作用，就能持续激活和放大报告基因的输出信号。”数据显示，相比于初始传感器的性能，改造后的酵母生物传感器的检测限提升了4000倍，激活浓度提升了9700倍，信号输出强度提升了近3倍，尤其是信号输出的持续时间得到了明显提升。初始传感器在检测使用2小时后就出现荧光信号的衰退，而改造后的传感器在使用12小时后仍可产生明显的荧光信号。“此次构建的酵母生物传感器，可以设计成一种简单、低成本的检测试纸，用于检测医疗样本或环境样本中的病原真菌。”袁吉锋介绍，只需将试纸浸入待检测液体样本中，即可实现对该样本快速灵敏和可视化的检测。

石墨烯，是当前世界上最薄、最轻、最硬、导电性最好而且拥有强大灵活性的纳米材料。它的强大能力常常令人咋舌。一块1厘米厚的石墨烯板，能够让一头5吨重的成年大象稳稳站在上面 用石墨烯做的手机电池，一秒内就能把电充满 以石墨烯为材料的平板电脑，可以随意折叠成手机大小放在口袋里。在电子、航天军工、新能源新材料等领域也有着广泛应用。　　11月25日，在中科院文献情报中心产业情报研究中心主办的第20期《产业技术情报》发布会上，研究人员详细梳理了石墨烯在超级电容器和生物传感器方面的应用情况，首次将两个发布主题聚焦于同一领域，并基于权威数据库分析，对两者未来的发展趋势作出研判。　　石墨烯超级电容器技术：中国处于快速增长期　　当今能源及环境问题日趋严重，以新能源电动汽车为代表的绿色交通工具的发展需求越来越大。而解决其制动能量回收系统的问题是产业发展的关键之一，因此产业对兼顾高能量密度与高功率密度的电化学储能器件的需求越来越迫切。与此同时，超级电容器因具备使用寿命长、充电时间短等优点，被赋予较大期待。石墨烯超级电容器主要研究领域包括：用于电极材料的过渡金属氧化物、活化煤以及氮掺杂石墨烯、集电器表面等方面，涉及技术包括氧化石墨烯单体、过度金属氧化物、氮掺杂、煤活化等。　　随着2004年英国曼彻斯特大学物理学家发现石墨烯的分离制备方法，石墨烯在超级电容器中的应用也逐渐开始迅速发展，专利年发表数量快速增长，于 2012年达到峰值每年280项。目前相关技术专利平均在每年250项左右。中国的石墨烯超级电容器领域技术的发展2009年起迅猛增长，年申请量迅速超过每年100项，于2012年达到峰值，此后基本保持在每年120项以上，处于快速增长期。　　记者发现，在石墨烯超级电容器技术专利权人排名中，前25名专利权人中数量最多的是来自中国的机构(17家)。排名前5位的依次是：海洋王照明科技股份有限公司、中国科学院、韩国三星公司、美国Nanotek仪器公司和浙江大学。　　“从产业技术情报发布的内容来看，我们国家在石墨烯领域的论文和专利的数量还是比较可观的，这些数据充分反映了我们国家的科技活力。”清华大学化工系教授骞伟中说。　　他介绍，目前石墨烯的主要制造市场和应用市场均在中国，国内的众多机构在该领域进行了专利布局。北京和江苏已分别成为国家石墨烯发展和研发较为集中的地区，未来5年到10年这些地区还将在石墨烯领域进行大力布局。　　“从产业化角度来看，目前石墨烯电容器领域技术更多地集中在高校实验室，离产业化还有一段路要走。我们国家应推动高校和企业的衔接，大力推动石墨烯电容器的产业化发展。”骞伟中建议。　　石墨烯生物传感器：中国SCI发文量位列第一　　石墨烯因其特殊的纳米结构，优良的光学、电学等特性以及良好的生物相容性，迅速成为生物传感器研究中的热点材料，并成功检测多种生物小分子、DNA、酶、蛋白质以及细胞等。　　“生物传感器是生命分析化学及生物医学领域中的重要研究方向，已广泛应用于临床疾病诊断和治疗研究。但石墨烯生物传感器目前处于实验室阶段，还未实现产业化。”国家纳米科学中心博士研究生史济东说。　　据中科院文献情报中心研究人员介绍，石墨烯用于生物传感器领域研究的重点集中在以下两个方面：一是石墨烯电化学生物传感器，包括安倍型传感器、电化学发光型和场效应晶体管型等，涉及酶传感器(用于检测过氧化氢、葡萄糖、抗坏血酸、多巴胺、尿酸等)、免疫传感器(用于检测病毒、细菌、癌症标志物等)、DNA传感器、蛋白质传感器等 二是石墨烯光学生物传感器，包括荧光传感器和基于共振能量转移传感器。　　石墨烯用于生物传感器领域的SCI论文发文年代分布呈现出如下特征：2005 年至2009年发文量相对较少，年发文量不超过100篇，主要来自美国和中国，研究进展相对缓慢，处于技术孕育期 随着2010年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫因在石墨烯材料方面的研究获得诺贝尔物理学奖，全球石墨烯用于生物传感器领域的SCI发文量增长趋势逐渐明显，其中 2015 年SCI发文量突破了2300篇，相关技术进入快速成长阶段。　　统计数据显示，全球共有85个国家和地区开展了石墨烯用于生物传感器的相关研究，其中中国、美国、印度等10个国家和地区在石墨烯用于生物传感器领域的SCI发文量占总量的81.61%。其中中国在该研究中占有明显优势，发文量占全部论文的47.76% 位居第2位的是美国，发文量占全部论文的 9.39%。　　在高被引论文方面，石墨烯用于生物传感器领域的SCI论文属于ESI高被引论文有345篇，来自35个国家和地区。其中ESI高被引论文主要来自中国(176篇)、美国(86篇)、新加坡(39篇)、韩国(23篇)和印度(15篇)。　　值得一提的是，前10位ESI高被引SCI论文中，有6篇发文来自中国福州大学、中科院长春应用化学研究所、清华大学和中科院上海应用物理研究所4家机构，可以看出中国在该技术领域拥有一定的技术优势。

纳米生物传感器，听起来是一个非常陌生的名词，但验孕棒等试纸产品，你肯定不会陌生，它们就是此类传感器的“化身”。　　中科院宁波材料技术与工程研究所研究员黄又举精耕于纳米材料领域，构建出纳米生物传感器新材料，旨在推动更多的检测产品进入寻常百姓家。　　可以设想，将来如果你对蔬果农残担忧，用这种试纸测一测，有无农残，指标多少，便一目了然 甚至一些人体健康指标也可以利用生物传感器，转化为看得见、摸得着的直观呈现。　 人物名片　　姓名：黄又举　　职务：中科院宁波材料技术与工程研究所研究员　　荣誉：2015年第六批宁波市“3315计划”创新人才　　课题研究收获“意外之喜”　　黄又举大学学的是高分子材料科学与工程专业，后进入中国科技大学攻读博士学位。他坚信，材料若能结合生物领域，将拥有非常广阔的发展前景。博士毕业后，他远赴新加坡南洋理工大学从事博士后研究，主要研究方向是化学与生物医学工程领域。　　“我在攻读博士后之前从未涉及过纳米粒子方面的研究，后来因为研究需要相关的材料，才学习合成纳米粒子材料，没想到展现了这方面的天赋。”4年在新加坡深造研究让他收获了“意外之喜”。　　2013年10月，黄又举通过“春蕾人才”计划，进入中科院宁波材料技术与工程研究所工作。去年12月，由于他出色的科研表现，被破格提升为项目研究员。　　在攻关纳米生物传感器核心材料等关键问题上，黄又举潜心研究了五六年。　　纳米金材料是他的研究重点。纳米金材料是纳米传感器的核心材料，被广泛应用于试纸条、试纸盒中，其大小、形状以及自组装行为直接影响到可视化的性能。　　传统纳米金合成主要是通过调控反应动力学和热力学，进而调控形貌和大小，但众多实验参数常常会影响纳米金的大量高质量制备。黄又举则突破了传统的方法，提出了纳米金的两种新生长模式———智能化合成与非连续性生长模式。　　他研发出超过20种单分散的不同形貌的金纳米粒子，包括球形、方形、棒状、片状、星形、线形以及一些复杂的多级纳米结构。与现有的其他产品相比，这种合成方法确保纳米粒子在大规模制备条件下，仍能保持粒子的高度均匀性。　　“市场上纳米金粒子产品存在纯度不足、形貌种类有限等缺陷。”黄又举说，“我们团队研发出来的产品纯度和品质都非常高，且在相同的单位价格之下，能够生产出更大体量的产品。”　　生物传感器应用非常广阔　　“此类传感器的应用空间非常广阔，主要集中在一些可视化的试剂盒、试纸条上。”他介绍说，“目前市面上较为常见的就是验孕试纸，以后的应用方向还可以针对男性、小孩等受众，同时在食品安全领域也可大做文章。”　　如在食品安全领域，普遍的家庭要检测蔬果是否含有毒素，不可能购置大型的仪器，只能通过一些简单的工具去鉴别，因此可以通过裸眼观察到颜色变化的试剂、试纸成为较为理想的工具、方法。　　“在目前推崇‘精准医疗’的大环境下，需要更多的生物传感器去检测各类人体指标以达到预防的目的。”黄又举对研究领域的前景充满了信心。　　据了解，他和团队合成的纳米金样品已经受到国内外多家高校、院所和公司的青睐与好评，样品已经免费试用于美国斯坦福大学、新加坡南洋理工大学、新加坡国立大学、韩国成均馆大学和各类生物公司等30余家机构。　　同时，他与众多企业合作展开一些专利布局。浙江星博生物科技有限公司就与其合作，研发了可商业化的男性生殖健康体外检测产品。　　今年，黄又举还与宁波美成生物科技有限公司合作在中科院材料所筹建了“食品安全快速检测材料与技术联合实验室”，引入了20余个快检便携式仪器，主要进行食品检测技术方面的研究和应用，争取向提供第三方检测服务方面发展。　　黄又举表示，目前他们正在研究定量检测的问题，主要面向一种能随目标物浓度变化产生颜色变化的试纸条和试剂盒。“例如，你拿一张检测毒素的试纸去检测某个东西，试纸可以直接通过不同的颜色来显示毒素含量，就像pH试纸随着酸碱性浓度的不同显示不同的颜色”他说。　　他表示，在互联网高速发展时代，可以将可视化生物传感器与移动医疗结合，通过相关生物传感器芯片、手机APP以及医疗大数据处理平台的构建，实现可视化生物传感器的商业化。

仪器信息网讯 2015年6月17日，&ldquo 第四届中国食品与农产品质量安全检测技术国际论坛暨展览会&rdquo 在北京国家会议中心开幕。此次会议特别设置了&ldquo 食品与农产品中重金属元素和其他有害物质检测&rdquo 、&ldquo 食品与农产品安全微生物检测&rdquo 、&ldquo 饮用水安全检测&rdquo 等九个专题。大会第二天，来自中国科学院广州生物医药与健康研究院曾令文研究员在&ldquo 食品与农产品中重金属元素和其他有害物质检测&rdquo 专题中做了题为&ldquo 核酸生物传感器在重金属离子检测中的应用&rdquo 的报告。专题现场中国科学院广州生物医药与健康研究院 曾令文研究员　　在报告中，曾令文首先介绍了重金属污染的危害、污染源和污染特点。他说，随着工农业生产的迅速发展，食品污染问题越来越严重，重金属是最主要的污染物质之一，会通过食物链的富集最终残留在人体内，对人体的组织器官构成了严重威胁。重金属污染源主要有工业污染、农业污染、生活污染和环境事故污染等。具有不可逆转性、生物积累性、难以降解、生物催化以后毒性会转变等特点。　　同时曾令文提到，与其他国家相比，我国重金属污染相对比较严重。大气、土壤、水体都存在重金属污染的现象，污染一旦产生，面积会不断扩大。　　其次，曾令文在报告中详细介绍了目前重金属的检测方法。据他介绍，传统重金属检测方法主要有光谱法、电化学法和基于显色螯合剂的方法等。光谱法主要包括原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光光谱法和分光光度法等方法。光谱法和电化学法需要借助相关的仪器进行检测，具有灵敏度高、特异性好等优点。但是样品处理繁琐、检测成本和技术要求较高，不利于基层单位使用。而基于显色螯合剂的方法具有简便快速、成本低等优点，但是灵敏度不足、其他离子会干扰检测的特异性。　　为了解决传统方法在检测重金属污染中面临的问题，在曾令文的带领下，课题组研制了两种新型生物传感器，基于核酸酶(DNAzyme)的传感器和基于荧光铜纳米颗粒的荧光传感器，并进行了大量实验验证方法的可行性和灵敏度。据他介绍，两种方法具有以下优点：简单、快速、检测成本较低 降低对仪器的依赖，肉眼即可观察结果 适合在基层实验室或野外使用等。　　在介绍基于核酸酶(DNAzyme)的传感器在重金属检测中的应用时，曾令文说，该方法在检测重金属离子时主要有两种方法，试纸条法和荧光法。　　试纸条法中主要制备了Pb2+和Cu2+特异性的DNAzyme检测试纸条，并进行相关实验进行检验。对于Pb2+来说，该方法检测限可以达到10pM，线性范围为10pM-100nM，特异性非常好，不受其他离子干扰，用湖水做回收率分析实验，结果可达88%-106%。对于Cu2+来说，该方法检测限可以达到10nM，特异性分析实验中，铜离子为0.3&mu M，其他离子为3&mu M。　　荧光法中，主要制备了铜离子检测的荧光传感器和基于比色法检测铜离子的传感器，铜离子检测的荧光传感器的灵敏度可达12.8pM，线性范围是20pM-1&mu M，特异性分析实验中，铜离子为1&mu M，其他离子为10&mu M。基于比色法检测铜离子的传感器，灵敏度可达240nM，线性范围是0.4&mu M-100&mu M，特异性分析实验中，铜离子为10&mu M，其他离子为100&mu M。　　在介绍基于荧光铜纳米颗粒的荧光传感器在重金属检测中的应用时，曾令文谈道，用该方法检测铅离子，灵敏度为5nM，线性范围为5-100nM，选择性分析实验中，铅离子为0.3&mu M，其他各离子为3&mu M。　　最后，曾令文总结了基于核酸酶(DNAzyme)的传感器和基于荧光铜纳米颗粒的荧光传感器在进行重金属检测中的优点，并展望了两种方法在未来重金属检测中的应用前景。　　编辑：张葳

近日，中科院上海光机所精密光电测控研究与发展中心收到国家知识产权局颁发的“上转换发光生物传感器”发明专利证书，这表明该仪器已具有自主知识产权。　　上转换发光生物传感器通过检测以纳米或亚微米红外上转换发光颗粒为标记物的免疫层析试纸条上检测带与控制带上的发光信号而实现样品中被检物的定量检测，是一种基于上转换发光技术的光学生物传感器(简称“UPT生物传感器”)，具有敏感性高、特异性强、稳定度高、适合于现场快速检测等优点。自2003年起，上海光机所紧跟国际先进光学生物传感技术发展动向，与军事医学科学院微生物流行病研究所、上海科炎光电技术有限公司等单位合作，发挥各自的专业特长与技术优势，开展了基于上转换发光技术的光学生物传感系统的研究与应用工作，其中上海光机所负责UPT生物传感器的研制。经过6年多的潜心研究，上海光机所解决了诸如试纸条表面上转换颗粒分布的精确定量测量、微弱光电信号的提取与处理、功能带自动搜寻定位算法等多项关键技术，研制成功了四代UPT生物传感器，已有100多台仪器成功应用于新疆、青海、云南、内蒙古、甘肃等鼠疫疫源地鼠疫菌的现场检测，国境口岸反生物恐怖现场快速检测，2008年奥运会安保等多中场合。　　自本世纪初以来，上海光机所精密光电测控研究与发展中心大力拓展光学技术在生物医学领域的应用研究，经过近10年的不懈努力，使光学生物传感器发展成为该中心一个重要的研究方向。除UPT生物传感器外，该中心还研制成功了光纤倏逝波生物传感器、时间分辨荧光分析仪、定量金标免疫分析仪等生物医学快速检测仪器，至今共获得4项国家发明专利。同时，本中心与合作单位提出的“多重检测UPT生物传感技术”已作为子课题列入2008年启动的国家科技重大专项“艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治”。目前，该中心科研人员与相关企业合作，正在积极推进UPT生物传感器在临床诊断方面的应用，预计明年初UPT生物传感器将在乙肝、人C反应蛋白、甲胎蛋白等疾病标志物的快速诊断中得到实际应用。

中国科学技术大学生命科学与医学部特任教授薛林课题组与德国马克思普朗克医学研究所教授Kai Johnsson合作，构建并利用半合成生物传感器揭示辅酶A（CoA）细胞内的代谢平衡。10月31日，相关研究成果在线发表于《自然-化学生物学》。CoA半合成生物传感器以及对CoA代谢平衡的重新诠释 受访者供图CoA由维他命B5在体内合成，是人体内最重要的代谢物（辅酶）之一，其参与体内众多代谢通路，比如三羧酸循环、氨基酸代谢、蛋白翻译后修饰以及基因表达调控等。“已有研究证明，神经退行性疾病、肥胖以及肿瘤等代谢性疾病的发生发展都与CoA的代谢失调密切相关。”薛林介绍。然而，自1946年细胞内的CoA被发现以来，至今仍未找到能够在活细胞内准确检测其浓度和分布的有效方法，导致人们对细胞如何调控CoA的平衡与代谢过程还不明确，与其相关疾病的分子机制更是知之甚少。此次工作中，研究人员采用蛋白质标记技术构建了针对CoA的半合成生物传感器。“这种传感器是由自标记蛋白、荧光蛋白以及CoA受体蛋白构成的复合体。其具有荧光，与CoA结合后荧光颜色会发生改变，再通过检测荧光颜色变化从而实现CoA的定量检测。”薛林解释说。研究人员进一步利用该传感器首次实现了活细胞细胞质和线粒体内CoA的原位分析，揭示了CoA在亚细胞内的平衡与代谢调控机制。利用荧光寿命成像技术，研究人员还首次实现了对不同细胞系细胞质及线粒体内游离CoA浓度的准确测定。薛林表示，“由此，我们为开发CoA代谢相关的神经及代谢疾病的抑制剂或药物提供了高效的分子工具，有助于实现对肿瘤等疾病的治疗。此外，我也希望CoA传感器可以被更多生物学家所使用，揭示更多CoA相关的生命科学问题。”审稿人认为: “CoA在能量和脂肪代谢中具有核心地位，如何检测其在细胞内的波动长期困扰着生物学家，薛博士及其合作者首次报道了CoA特异性的生物传感器，直接解决了这些挑战，并为这些问题提供优雅的解决方案。”

供稿：sophie编辑：joanna生物传感器可以检测到生物物质变化信息，并将这些信息反馈出来。例如，生物传感器感知到人体生物物质的变化，判断人由睡眠状态进入清醒状态，将此信息反馈给电视机，电视接收到这个信息后便自动播放早间新闻。生物传感器品类众多，其中肽核酸（pna）阵列芯片与srpi结合形成的生物传感器稳定性高，与核酸杂交特异性及亲和力强，是生物学研究的有力工具，在基因治疗、分子杂交、pcr扩增、核酸捕获和基因分离等领域有广泛的应用前景。但如何有效提高此类生物传感器工作效率，仍是时下研究热点。其中待检测核酸与生物传感器中pna阵列芯片的杂交效率，对整体工作效率优化起到了至关重要的作用，因此在这方面的研究还需要不断深入。(图片来源于网络)近期布达佩斯工业与经济大学无机和分析化学系研究人员利用spri表面等离子共振成像技术强大的并行检测的能力，制备高杂交效率的pna阵列芯片，将实验周期缩短到原来的十分之一。布达佩斯工业与经济大学(图片来源于网络)众所周知，传统的方法制备pna阵列芯片，将巯基修饰的pna通过au-s键固定到镀金芯片上。修饰的过程需要优化固定缓冲液的种类和ph值，配体本身的浓度等实验条件，以实现高的杂交效率。该过程通常涉及几十次控制实验，以获取优的实验条件。而布达佩斯工业与经济大学的方法是采用spri表面等离子体共振技术，采用spri-plex ii表面等离子体共振成像仪作为检测工具。利用阵列式芯片的并行处理能力，将上述需要条件优化的实验巧妙的安排在一块芯片完成，大的提高实验成功率。研究结果表明：预杂交的pna探针固定形成的pna阵列芯片的后续杂交效率优。该种方法可以拓展到其它的免标记检测体系，快速优化实验条件，缩短实验周期，获得稳定的实验结果。图为两种肽核酸层微点样固定方法及相应杂交结果利用单链pna点样方法出现两种结果，均表现弱spr信号： a：pna探针“lie down”导致待检测rna不能与之杂交 b：pna探针浓度太高造成空间位阻使rna不能与之杂交利用dna预杂交的pna点样方法，结果如c所示：spr信号增强，即此时的pna杂交效率更高。此项研究工作以《reliable microspotting methodology for peptidenucleic acid layers with high hybridization efficiency on gold spr imaging chips》为题，被选为《analytical methods》封面文章，（扫描二维码可直达英文原文）。 扫描识别查看二维码阅读英文原文如您希望了解本研究中的仪器测试方法，还欢迎扫描下方二维码留言，与我们的技术专家咨询。 扫描识别查看二维码进行留言得益于这些研究人员的精益求精和探索精神，人类生活不断得到改善。未来，也许一只鞋都会比人更“机灵”。它可以自动调节大小、形状、温度、质地和颜色，还会在你需要时，自己滑动到你的双脚跟前。生物传感在不同领域的应用进步，不禁让人好奇，再过十年，我们的生活会发生怎样的变化呢？如果你有这方面的预想，不妨和我们交流一下吧！今日话题借助生物传感器，可能是这样：清晨，电视机察觉你醒了，自动播放新闻午间，咖啡机发现你累了，自发制作咖啡为你提神夜里，电灯感知到你的睡意，主动调暗灯光……除了这些酷炫的体验，你还有什么脑洞大开的想法呢？欢迎进行留言。免责说明horiba scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，horiba scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。horiba scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。horiba科学仪器事业部结合旗下具有近 200 年发展历史的 jobin yvon 光学光谱技术，horiba scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天horiba 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

2013年12月10日，Hamilton(瑞士哈美顿)宣布已签署了一项协议，收购全球生物量监测公司Fogale Nanotech的生物传感器业务。这笔交易预计在2013年12月完成，具体交易金额没有披露。随着该项收购的完成，Hamilton成为唯一能提供所有有价值过程监测参数的传感器制造商，如pH、溶解氧和生物量。　　据Hamilton实验室和传感器副总裁Jö rg Pochert介绍，FOGALE的生物传感器主要利用活细胞的介电性能，其优势在于只测量活细胞密度。不同于光学技术，该系统对于气泡、微载体、细胞碎片，以及悬浮液中的其它颗粒不敏感。(编译：杨娟)

生物传感器为基因分析、传染病检测和食品安全等领域提供了一种廉价、便携检测生物分子的新工具。中国科学院上海应用物理研究所物理生物学研究室樊春海课题组长期致力于电化学生物传感器的研究，取得了系列研究进展。近日，应化学综述杂志Accounts of Chemical Research邀请，裴昊、左小磊等撰写了相关综述论文，并发表于Acc. Chem. Res.,2014, 47, 550&ndash 559。　　生物分子探针在传感界面上的组装过程很大程度上决定了生物传感检测的性能。如何调控生物分子在界面上的密度和取向，减少生物分子与界面的非特异 性吸附并避免界面分子间的侧向作用力则已成为该领域的挑战性问题之一。针对这一问题，樊春海课题组对DNA分子在宏观和纳米界面上的组装过程进行了系统研 究。由于DNA是一种软物质，常规使用的一维单链探针容易产生链间纠缠而聚集。2003年发展出了具有一定刚性的二维结构DNA探针，在一定程度上解决了 这一问题(Fan et al. PNAS 2003, 100, 9134) ，并在DNA和核酸适配体检测方面展现出明显的优越性。近年来，通过引入DNA纳米技术发展出刚性的三维结构DNA探针，实现了DNA探针之间距离的精确 调控。这为构筑有序的生物分子界面提供了新的途径，提高了界面生物识别能力，进而显著提升了生物传感器的检测能力。在这一新型生物传感平台上深入研究了界 面识别和电子传递等物理化学机制，并实现了核酸、抗原和小分子的超高灵敏检测，相关结果相继在JACS, Angew. Chem.,Adv. Mater., Sci. Rep.等杂志发表。

传统重金属检测方法依赖大型仪器，需要复杂繁琐的前处理过程、高昂的检测成本和较长的检测周期。同时，传统检测方法面临着灵敏度不高和智能化程度低的问题。因此，亟需建立高灵敏度及智能化重金属检测方法，以弥补传统方法的不足。生物传感器是快速检测方法，具有响应迅速、成本低、灵敏度高及便于携带等优点，可以较好地克服传统检测方法的局限，在重金属简单、快速、高灵敏检测方面颇具应用前景。中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室研究员刘承帅团队与广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员陈俊华等，建立了以功能核酸为分子识别元件的重金属生物传感器，实现了对重金属的超灵敏、智能化快速检测，并构建了土壤有效态重金属检测新方法。 该团队建立了DNA网状纳米结构生物传感器，实现了对土壤重金属的超灵敏检测。科研人员创新性地以双茎环DNA探针为自组装元件。当反应体系存在待检重金属（以铀离子为例），释放的核酸片段可激活DNA组装，经过多重循环的核酸杂交及链置换反应，形成DNA网状纳米结构的荧光生物传感器。该荧光生物传感器对铀离子的检测线性范围为10 pM到1 mM，检测限为2 pM，可实现对土壤样品中痕量铀污染的超灵敏检测。该荧光生物传感器操作简单、响应迅速、信号扩增效率高效，为土壤重金属的超灵敏检测提供了新方法。该研究建立了分子逻辑门生物传感器，在分子水平上实现了重金属的智能化检测。研究以有效态铅和有效态镉两种重金属为目标物，基于二进制原理，以0和1对重金属进行编码，以功能核酸为重金属分子识别元件，通过核酸并行运算和杂交反应，构建了多种分子逻辑门生物传感器，包括OR、AND、XOR、INHIBIT、半加器、半减器等。在生物传感逻辑运算中，0表示检测体系中不存在有效态铅或镉；1表示检测体系中存在有效态铅或镉。以FAM和Cy5进行双通道荧光标记，根据真值表排布，不同的重金属组合会产生不同的荧光输出信号，从而在分子水平上为重金属的智能化检测提供了一套新的传感体系。该工作建立了DNA荧光生物传感器，实现了对土壤有效态重金属的免萃取、简单、快速检测。目前，土壤有效态重金属检测方法较多，如BCR法、Maiz三步连续提取方法、Tessier五步连续提取法、DTPA-CaCl2法等，但适用条件等存在争议。例如，强酸强碱等化学试剂介导的重金属萃取难以反映土壤中有效态重金属的真实含量。同时，这些方法需要连续多步的萃取分离过程，步骤繁琐且耗时较长。因此，探索构建无需消解萃取且可真实反应土壤中有效态重金属含量的快速检测方法具有重要意义。该团队以生命体基元DNA为有效态重金属识别探针，通过DNA识别、切割以及信号转换，构建了DNA荧光生物传感器，实现了对土壤有效态重金属（铅、镉、铜等）的快速检测。该方法操作简单、无需复杂的连续萃取过程，同时，DNA探针混合即可检测，响应迅速，方便现场快速分析。该荧光生物传感器对有效态铅的检测灵敏度可达0.2 pM，用于土壤样品有效态重金属检测时，与传统DTPA-CaCl2法相比，误差小于10%，具有高灵敏度和高特异性，可满足复杂样品中有效态重金属检测需求。相关研究成果分别发表在Analytical Chemistry、Talanta和Science of The Total Environment上。相关技术已申请发明专利。研究工作得到国家重点研发划、国家自然科学基金和贵州省高水平人才项目等的支持。 （A）DNA网状纳米结构生物传感器检测重金属原理；（B）原子力显微镜表征组装的DNA纳米结构；（C）检测限和检测灵敏度分析（A）分子逻辑门生物传感器用于有效态重金属的智能化检测；（B）半加器分子逻辑门生物传感器结果；（C）半减器分子逻辑门生物传感器结果；（D）半加器分子逻辑运算真值表；（E）半减器分子逻辑运算真值表（A）DNA荧光生物传感器用于有效态重金属检测原理；（B）有效态重金属检测灵敏度分析结果

加拿大研究人员在美国化学会《ACS纳米》上发表论文称，他们开发出一种生物传感器，可帮助医生从微小的血液样本中精确诊断出脑癌。图片来源：ACS纳米根据美国国家癌症研究所的数据，脑肿瘤的死亡率很高，5年生存率仅为36%。更准确的诊断或会改善这种情况，但组织活检具有侵入性，且可能会错过有关肿瘤组成的重要信息；而基于成像的方法又无法提供足够的灵敏度和分辨率。为了有效治疗脑癌，医生不仅需要确认恶性肿瘤的存在，还需要确定它是起源于此（原发性肿瘤）还是从其他器官转移到大脑（继发性肿瘤）。医生还需要知道肿瘤位于器官的哪个位置。由于现在没有诊断技术可在无手术或痛苦的脊椎穿刺的情况下完成这一任务，研究人员希望开发一种使用少量血清的无创测试方法。研究人员使用高强度激光束在镍芯片上产生3D镍—镍氧化物纳米层。通过这个过程形成的超敏生物传感器能检测出微量的肿瘤衍生物质，如核酸、蛋白质和脂质，这些物质通过血脑屏障进入循环。传感器使用表面增强拉曼光谱法检测这些组分，该方法为每个样品生成分子谱或指纹。然后，研究人员使用深度神经网络分析这些特征，以找到脑肿瘤的证据并确定其类型，并预测其在大脑中的位置。使用液体活检平台，研究人员可从5微升血清中检测出脑癌，还可将其与乳腺癌、肺癌和结肠直肠癌区分开来，具有100%的特异性和敏感性。他们在区分原发性脑肿瘤和从肺或乳腺转移到大脑的继发性肿瘤方面取得了类似的成功。新技术使研究人员能以96%的准确率确定肿瘤位于9个脑区室中的哪一个。研究人员说，该测试的非侵入性允许随着时间的推移监测癌症的发展，以便医生作出更好的治疗决策。

仪器信息网讯 2012年3月27-28日，由北京食品学会及北京食品协会联合主办，太平洋国际展览有限公司承办的“第五届中国北京国际食品安全高峰论坛(CBIFS)”在中国国家会议中心召开 。本次高峰论坛旨在为食品行业及食品安全检测部门提供更加广泛的学习和交流机会，针对当前重要的食品安全热点难点问题展开深入探讨，发布最新的食品安全前端技术和应用解决方案。论坛吸引了800余名业内人士参加、60余家企业参展，仪器信息网作为合作媒体亦参加了本次会议。　　在“微生物、毒素及致病菌检测”专题研讨会上，军事医学科学院微生物流行病研究所杨瑞馥研究员作了主题为“生物传感器在食品致病微生物检测中的应用”的报告，简要介绍了上转发光技术、国内外上转发光技术研究进展以及该技术在食品致病菌检测中的应用，现对该报告作简要报道：报告人：军事医学科学院微生物流行病研究所 杨瑞馥教授报告题目：生物传感器在食品致病微生物检测中的应用　　上转发光技术与金标技术类似，但金标技术不能定量，受环境因素影响大，且检测结果不能长期保存，而上转发光技术正好克服这些缺点。　　杨瑞馥研究员等利用上转发光技术，经过多年实验，研制出能进行定量检测的生物传感器，研制历程跨过了纳米颗粒研制、试剂研制、仪器研制到仪器应用几个阶段。　　纳米颗粒经由稀土元素烧制，通过活化修饰，再与抗体或抗原结合，利用上转换发光材料在红外光激发下发射可见磷光的特性，通过对免疫层析试纸条上经生物反应而结合上去的上转换发光材料颗粒的含量进行检测，计算出被测样品中特定生物分子的浓度。　　该试剂环境耐受性强(耐受 PH3-7的范围)，不易猝灭，最突出的特点是自然界没有上转发光，因此使得样本处理变得简单，点样之后就能检测，没有本底干扰。　　国外对上转发光技术的研究始于上世纪90年代，但因为没有清楚了解纳米颗粒的特性，控制不好反应效果。因此，杨瑞馥研究员对上转发光技术的研究可说是走在了国际前列。　　杨瑞馥研究员等研制的基于上转发光技术的生物传感器通过了可靠性试验，在我国首台航母上得到了安装，也进入了生产线和临床。该生物传感器还可应用于食品致病微生物的检测，已开发相关的微生物类检测试剂十几种，曾在世博会期间被用于食品样品的快速检测，特异性达到100%，检测结果重现性好。

研究人员开发了新的信号处理技术，与光流体生物传感器芯片一起使用，以检测浓度变化8个数量级的纳米珠混合物。图片来源：霍尔格施密特/加州大学圣克鲁斯分校美国加州大学圣克鲁斯分校团队在用于检测或分析物质的芯片传感设备方面取得重大进展，为研制高灵敏度的便携式集成光流体传感设备奠定了基础。这些设备即使涉及浓度变化很大且完全不同类型的生物粒子时，仍然可同时进行多类型的医学测试。该研究成果发表在最新一期《光学》杂志上。研究人员将新的信号处理技术应用于基于光流体芯片的生物传感器，能对8个数量级浓度的纳米珠混合物进行无缝荧光检测，将传感器可工作浓度范围扩大了1万倍以上。团队表示，新设备足够灵敏，不但可检测单个生物分子，还能在非常宽的浓度范围内工作，以同时测量和区分多种粒子类型。这一多类型分析测试平台，原理基于光流体芯片，通过用激光束照射粒子，然后用光敏探测器测量粒子的响应来检测粒子。还使得该平台具有执行各种类型分析所需的灵敏度，可检测包括核酸、蛋白质、病毒、细菌和癌症生物标志物等粒子。在这项新工作中，研究人员还开发了一种信号处理方法，得以同时检测高浓度和低浓度的粒子。他们结合不同的信号调制频率：高频激光调制以区分低浓度的单个粒子，低频激光调制以在高浓度下同时检测来自许多粒子的大信号。团队还应用到最近开发的一种极速算法，以实时识别和高精度区分。这种信号分析方法，本质是用不同浓度和各种荧光颜色的纳米珠溶液泵送光流体的生物传感器芯片。目前，其能正确识别浓度差异在混合物中超过1万倍的纳米珠。未来，其将用于分析来自人工神经元细胞组织类器官的分子产物，为人们带来神经源性疾病和儿科癌症等领域的新见解。

p style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201606/insimg/c515b6e1-89c3-49e4-b31e-1732d8315977.jpg" title="1466390046e19346b81bc11e2a.jpg" width="570" height="292" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 570px height: 292px "/　/pp 生物传感器由于其具有灵敏度高、检测速度快、操作简便、成本低、可进行连续动态监测等优点而成为蛋白质检测的一种重要方法。但是，目前研制的蛋白质生物传感器为了减小误差多为一次性使用。由于不同传感器的制作方式不同，不可避免会给蛋白质的检测带来差异性。而且，有些传感器的制作比较复杂，一次性使用成本较高。因此，为了减小蛋白质检测的差异性并节约成本，急需发展一种可再生并能重复利用的蛋白质生物传感器。/pp　　湖北中医药大学张国军教授和北京大学张志勇教授及武汉大学黄卫华教授合作利用石墨烯优异的电学特性和二氧化钛良好的光催化性能构建出基于石墨烯/二氧化钛的光催化诱导可再生场效应晶体管生物传感器，这种生物传感器不仅能实现对蛋白质高灵敏和高特异的检测，而且在检测完成后可以通过紫外灯照射彻底清除传感表面的蛋白质分子和其它有机分子从而达到传感器的再生。这种能再生的场效应晶体管蛋白质生物传感器能达到使用同一块芯片检测不同蛋白质的目的，极大地降低了生物芯片的制作成本，为蛋白质检测提供了一种新的方法。/pp　　这一研究成果发表于a href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.6b00374" target="_blank" title=""《Analytical Chemistry》/a上。/p

p　　近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室研究员吴一辉课题组，基于光纤模式耦合特性，提出一种基于光纤耦合器的无标超高灵敏度生物传感器，该研究对心肌梗塞、癌症等生物标志物的检测具有重要意义。/pp　　急性心肌梗塞(Acute myocardial infarction， AMI) 是临床常见的急性多发病，严重威胁人们的生命健康，AMI早期诊断和危险分层对于降低急性病死率具有重要的临床意义。心肌肌钙蛋白I(Cardiac troponin I， cTnI) 是一种仅存在于心肌细胞中的结构蛋白亚型，由于其显着的特异性和敏感性被认为是AMI检测的“黄金标准”。当发生心肌损伤时，cTnI释放并进入血液循环系统中数小时候后达到峰值并维持6至8天，但作为生物标志物在AMI发病前后血液中的cTnI浓度极低，这对临床诊断提出了非常苛刻的要求。/pp　　课题组在前期无标光纤生物传感器研究工作的基础上，提出一种基于光纤耦合器结构的生物传感器，该传感器基于光纤耦合器中奇模和偶模的干涉效应，两个相干模式的群有效折射率相等时，出现转折点，即零色散，此时的灵敏度理论为无穷大。实验中，通过检测近转折点的光谱曲线得到的折射率灵敏度为91777.9nm/RIU，实现了对cTnI的检出限为2fg/mL，为目前国际相关领域取得的最高灵敏度，光纤耦合器传感器具有良好的特异性和重复性，对后期生物传感器的实用化具有重要意义。/pp　　相关研究成果发表在Biosensors and Bioelectronics上。研究工作得到中国-以色列国家国际科技合作专项项目、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、国家自然科学青年基金等的支持。/p

2020年12月底，比利时IMEC（Interuniversity Microelectronics Centre,微电子研究中心）推出全世界最小的基于鳍式场效应晶体管（FinFET）的生物传感器（BioFET），尺寸仅为13纳米鳍宽和50纳米栅极长，并成功在其300毫米洁净室实现生产。目前该传感器可检测的极限为几十个DNA分子，最终目标是能够实现单个DNA分子的高精度检测。由于场效应晶体管（FET）的高集成度和低成本优势，其在DNA、蛋白质和病毒检测等生物传感应用中具有很大的应用潜力。该技术的基本原理是当生物分子与化学修饰的栅极电介质表面结合时，其阈值电压会发生变化，从而产生可测量的信号。此次IMEC通过先进的CMOS FET器件，即三维栅FinFET，成功提高了生物传感器灵敏度。基于实验和模拟，IMEC预测70纳米以下的FinFET可以实现信噪比（SNR）大于5的单分子检测。IMEC首席健康技术官Peter Peumans表示这项技术可能改变微观生命观测领域的游戏规则。

日本北陆尖端科学技术大学院大学日前宣布，该校研究人员研制出金银纳米粒子，它可用于制作高灵敏度生物传感器，以帮助医生检查患者的血液、尿液或者基因诊断等。　　研究人员首先制作出直径约14纳米(1纳米等于十亿分之一米)的金纳米粒子，然后在其表面覆盖厚度约4纳米的银薄膜，接着在银薄膜上再覆盖一层厚度为0.1纳米的金，形成了金夹银的结构。研究人员观察这种结构的特性后发现，其不仅具有与单纯银纳米粒子相同的灵敏度，而且还具有金的特性——化学稳定性高，而且容易与生物体内相关分子结合。　　领导这项研究的该校副教授前之园信也说：“如果使用这种纳米粒子，生物传感器的性能将实现飞跃性提高，成本也将大幅降低。”

作为一种新型的二维纳米材料，石墨烯以其独特的物理性质引起了极大的关注。和其它结构相比，石墨烯具有极高的电导率、热导率、及出色的机械强度 并且作为单原子平面二维晶体，石墨烯在高灵敏度检测领域具有独特的优势。然而目前人们对石墨烯与生物的界面却知之甚少，这一问题的研究对于石墨烯能否应用于生物电子学至关重要。　　国家纳米科学中心方英课题组和美国哈佛大学Lieber课题组合作首次成功制备了石墨烯与动物心肌细胞的人造突触。研究人员首先通过纳米加工技术得到高信噪比的石墨烯场效应晶体管集成芯片，进而在芯片表面培养鸡胚胎心脏细胞。研究发现，石墨烯和单个心肌细胞之间形成稳定接触，实现了对细胞电生理信号的高灵敏度、非侵入式检测。更重要的是，该研究第一次实现了通过门电势的偏置引起同一石墨烯器件n型和p型工作模式的转变，进而在细胞电生理过程中得到了相反极性的石墨烯电导信号，充分证明了测量生物信号的电学本质。另外，研究人员进一步比较了不同尺寸石墨烯生物传感器、石墨烯与硅纳米线集成传感体系对同一心肌细胞的检测，为发展高集成纳米生物传感阵列提供了理论指导和实验基础。　　该项工作建立了一维、二维纳米材料与细胞相结合的独特研究体系，将为生物电子学的研究带来新的机遇。相关结果已经发表在2010年3月的Nano Letters上(http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/nl1002608,)，上述研究工作得到中国科学院院长特别基金和国家自然基金委面上项目的支持。

今天介绍一篇于2023年8月发表在Trends in Analytical Chemistry（IF=13.1）上的一篇综述性文章。该综述简要介绍了生物毒素（真菌毒素、海洋毒素和细菌性食物毒素）的流行、毒理学特征和分类。同时，总结了近年来针对生物毒素的高灵敏度生物传感器的重要技术进展并介绍了这些方法不同的传感模式。最后，基于生物传感器面临的各种挑战，为改进食品安全技术提供了重要见解。中国农科院油料所唐晓倩副研究员为第一作者，硕士研究生左家思为共同一作。中国农科院李培武院士和张奇研究员以及浙江大学平建峰教授为通讯作者。成果简介生物毒素，特别是真菌毒素、海洋毒素和细菌性食物毒素，已成为食品、饲料、海鲜和医学领域的主要威胁。它们对人类具有潜在的致癌、致畸和致突变作用，偶尔会导致高死亡率和高发病率。其中一个明显的问题与快餐的使用越来越多以及对预制食品的需求有关，而没有适当认识到相关毒素。因此，开发更好的生物毒素监测方法具有重要意义。近年来，生物传感器因其检测过程简单快速、样品体积小、成本低等优点而得到越来越多的应用。本研究旨在总结近年来生物传感器在生物毒素检测中的应用，特别是其在光学、电化学、压电和光热方面的应用。此外，不同的检测平台被集成为生物毒素的多模式组合生物传感器，以满足高精度技术的要求。这项研究考察了生物传感器面临的主要挑战，并为改进食品安全技术提供了新的见解。研究亮点1.总结了生物毒素的流行、病理学和分类。2.介绍了生物传感器在光学、电化学和光热等方面的生物毒素检测的应用。3.针对生物传感器所面临的挑战，对食品安全技术的改进提供了新见解。图1.常见生物传感器的示意图。图2.(A) M13噬菌体作为纳米酶容器的化学修饰，增强比色免疫分析。(B)智能手机-ICA检测ZEN的原理图。(C)基于智能手机与PCFNs-FICA集成的AFB1检测的读取系统方案和图像。(D)水分散铅笔合成原理图图3.（A） 基于表面等离子体偶联CL（SPCC）策略的三种真菌毒素多重免疫测定的示意图。SPCC免疫传感器阵列包含3*12个传感位点，主要分两步可同时检测36个样本。（B） 用于MC-RR检测的CL适体传感器示意图。（C） 用于谷物OTA检测的BPE-ECL生物传感器的示意图。（D） 用于OTA检测的基于CdSe/CdS量子点的ECL适体传感器的制备。图4.（A） 核壳合成采用的策略Au@AgNPs和Ag@AuNPs以及抗SEA抗体的共价生物偶联和SEA的检测。（B） AFM1的基于SERS的侧流免疫传感测定的图解。图5.（A） DON适体传感器的制造过程示意图和PtPd NPs/PEI-rGO制备步骤的简化图。（B） 基于适体的传感器和QCM检测系统的检测原理。（C） 多信号读出系统的构建过程。（D） 掺入Ru（bpy）32þ（SAQDsRu）的金黄色葡萄球菌生物合成量子点的制备工艺示意图和SAQDsRu双模ICA的检测原理。研究结论 考虑到生物毒素对人体健康和食品安全的有害影响，迫切需要研究探索生物毒素生物传感器的开发。在本研究中，我们简要介绍了生物毒素的流行、毒理学特征和分类。此外，我们总结了用于生物毒素的高灵敏度生物传感器的最新重要技术发展，并强调了它们与常见传感器类别相关的传感模式，如荧光、比色、化学发光、ECL、SERS、SPR、LSPR、电化学和PZ传感器。尽管目前可用的生物传感器在生物毒素分析方面有着广阔的前景，但仍有一些挑战有待解决。因此，今后的研究应侧重于以下问题。（1） 应为快速生物毒素分析过程制定更简单的提取和清理程序，以省略精密仪器的使用。（2） 应使用公差特异性识别材料进行单组分特异性检测，或应使用公差通用识别材料检测一类物质，以克服食品样品基质的影响。应提高生物材料和靶标的识别效率，包括界面材料的生物相容性、生物材料的改性等。（3） 由于信号分量的大批量变化，现有的信号放大策略往往导致检测结果不准确。重点应该是开发一种合成过程简单、稳定性好、信号放大率高的黄金策略。应开发近红外区域的纳米材料以避免自发荧光。（4） 利用光谱等方法建立样品中生物毒素的实时检测，无需样品预处理。（5） 开发便携式、小型化的现场检测仪器。随着检测技术、便携设备和大数据的发展，智能生物传感器可能会继续在生物毒素检测中发挥关键作用，以满足市场应用和政府监管的需求。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.trac.2023.117144

糖尿病是一种流行慢性代谢性疾病，具有多种临床表现和并发症，是死亡的主要原因之一。连续血糖监测可加强糖尿病管理，通过及时了解血糖水平波动情况来调整治疗方案，可减少住院次数并节约医疗费用，减少无效药物的使用从而挽救生命。微针系统在糖尿病的持续和实时监测方面有着巨大的前景，其可在不触及痛点的情况下到达真皮，并且可以降低感染的可能性，有着更高的安全性。已有不少研究者开发出了用于糖尿病监测的微针生物传感器。然而，这些传感器的血糖检测范围仍然有限，这使得对血糖水平高的患者的监测不准确，且对实时的葡萄糖浓度的反映不够灵敏。此外，目前尚未有相关传感器将工作电极、参比电极和计数电极集成在同一芯片中。近日，北京大学崔悦课题组首次展示了集成微针生物传感装置对糖尿病的连续监测。该装置采用3D打印工艺、电镀工艺和酶固定化步骤制造。将该装置插入小鼠皮肤真皮层，对正常或糖尿病小鼠皮下葡萄糖水平的监测具有准确的传感性能。检测结果与商业血糖仪的检测结果水平相当。这项研究有望为糖尿病的监测和治疗提供有效的途径，同时也为皮下电子设备的基础研究开辟道路。相关研究结果以“Continuous monitoring of diabetes with an integrated microneedle biosensing device through 3D printing”为题发表于《Microsystems & Nanoengineering》。文章链接：https://doi.org/10.1038/s41378-021-00302-w图1 微针生物传感器件整体方案及材料表征。其中使用了不同设备打印了不同尺寸的锥形微针阵列，如图e, f所示。图e中的微针高度约为0.8 mm，底部直径为0.4 mm，间距为0.2 mm。（SprintRay Technology Ltd., China）图f中的微针高度约为0.5 mm，底部直径为0.1 mm，间距为0.4 mm。(nanoArch S140, 摩方精密)该工作设计并使用面投影微立体光刻技术（nanoArch S140, 摩方精密；MoonRay, SprintRay Technology Ltd.）打印了9×9的微针阵列，单个微针的结构为锥形。微针阵列确保工作电极和皮肤之间有足够的接触面积，通过减小器件尺寸，形成稳定的传感器-皮肤界面。微针生物传感器采用双电极结构，包括普鲁士蓝涂层的Au工作电极和Ag/AgCl计数器/参比电极。每个电极占据一定的微针阵列，使用磁控溅射在微针表面镀上Au或Ag，Ag/AgCl层由Ag层的氯化作用得到，Au电极上的普鲁士蓝涂层采用电镀工艺制得。最后，将葡萄糖氧化酶固定在传感器的Au工作电极上。整个传感器构建完成后，将微针插入小鼠皮肤真皮层。在皮下葡萄糖的存在下，工作电极上的酶促反应产生H2O2，从而产生电流信号响应。该生物传感装置在缓冲溶液、等离子体和模拟ISF中显示出可靠和稳定的葡萄糖检测，微加工和电化学镀步骤使传感器能够线性和灵敏地检测葡萄糖，且检测范围得到拓宽。进一步地，将传感器插入小鼠皮肤真皮层，传感器在小鼠进食或被注射胰岛素的情况下，能够准确地连续实时监测皮下葡萄糖水平。图2 微针阵列传感器的制备工艺及其检测H2O2的性能。图3 生物传感装置在不同环境下的选择性和稳定性。图4 用生物传感装置对不同溶液中的葡萄糖进行体外传感。图5 用生物传感装置对小鼠皮下葡萄糖进行体内监测。

基因疗法能从根本上补充或修复缺陷基因，恢复健康基因的正常生物学功能，具有不可比拟的治疗优势。腺病毒或腺相关病毒（AAV）已经成为预防感染、严重疾病和死亡的理想基因治疗和疫苗载体。载体进入体内诱导免疫反应并建立免疫记忆需要一种具有传染性的活性病毒疫苗。传统的定量检测方法中，无论是灵敏度较高的qPCR检测，还是传统免疫学原理Elisa检测等，仅可以定量病毒载体的总浓度。因受到病毒载体碎片干扰，而无法精确测定病毒疫苗载体的效价浓度，进而影响基因药物或疫苗的生产质量控制以及精准给药。因此，迫切需要一种可准确测定病毒载体的浓度和存活力的新技术。近日，华中科技大学刘钢教授团队在 Materials Today Bio 期刊发表了题为：Versatile nanorobot hand biosensor for specific capture and ultrasensitive quantification of viral nanoparticles的研究论文。针对上述问题，华中科技大学刘钢教授和黄丽萍博士团队与华中农业大学金梅林教授、张强副教授团队合作，研发了一种具有纳米级多功能机器人手结构的纳米等离子体（Nano RHB）生物传感器，用于快速、无损和特异性地捕获和定量检测腺病毒颗粒。该传感器可应用于实时监测基因治疗和病毒疫苗载体数量和质量，评估病毒载体的感染活力。在该研究中，研究人员首先开发了一种基于非常光透射（EOT）效应的无标记NanoSPR生物传感器。该生物传感器可以被非偏振光激发，并且不需要复杂的光学设备。然后通过在纳米杯阵列芯片上直接实施金种子生长法，设计了一种具有纳米机器人手的新型多功能NanoSPR生物传感器。由于其特殊的纳米杯结构作为种子模板，通过聚多巴胺分子在芯片表面生成了不同形状的分枝状金纳米结构。这些分支金纳米结构的功能类似于智能机器人手，从而增强SPR共振效应以提高芯片的灵敏度，同时增加表面积以提高芯片修饰效率。将这些超灵敏生物传感器集成到标准96孔板或32孔板中，可以直接监测动态结合曲线，并使用微量样品定量检测腺病毒载体或疫苗。研究结果表明，基于该新型传感器，将重组人CAR、FX蛋白或抗腺病毒六邻体蛋白抗体固定在NanoRHB的表面，这些配体可以分别结合腺病毒的纤维蛋白（病毒衣壳上突出的刺突）和六邻体蛋白（主要的衣壳蛋白），通过腺病毒特异性结合的CAR/FX蛋白相互作用可快速检测腺病毒的生存活力和浓度，在5分钟内同时高通量检测多达96个样品，比传统病毒滴度检测方法和PCR方法更高效快捷。此外，研究人员还使用冻干技术将CAR标记的金颗粒整合到单克隆抗体修饰的Nano RHB平台上，检测灵敏度可以进一步提高5倍。研究结果显示，金颗粒偶联的Nano RHB的独特SPR效应可实现一步式夹心法进行高灵敏度和快速的腺病毒载体颗粒评估，而不需要洗涤步骤和复杂的样品预处理。该种超灵敏金纳米分支结构修饰的生物芯片，不仅可以快速有效地评估腺病毒载体的活力，还可以通过一步夹心法提高检测灵敏度至100 copies/mL。研究人员进一步将采用NanoRHB平台检测26个细胞上清液样品，结果显示与传统qPCR和病毒滴度检测分析的结果非常一致。Nano RHB传感器分析显著缩短了总检测时间，从几天和几小时缩短到几分钟，并通过直接结合病毒表面蛋白来同时快速检测病毒生存力和浓度，从而提高了检测能力。该新型检测平台也展示出对不同类型的病毒载体和假病毒的高特异性。研究结果显示Nano RHB平台是一种有前途的高通量生物检测工具，用于高效和超灵敏地评估疫苗和基因递送载体，用于大规模腺病毒载体疫苗的快速质量控制，亦可用于其他基于病毒载体和基因载体的检测分析。研究团队已实现上述技术的转化，基于NanoSPR技术开发的一种腺相关病毒（AAV-2）定量检测试剂盒，能准确、快速、简便、高通量的检测细胞上清中AAV-2病毒含量。AAV-2病毒定量检测试剂盒的原理是AAV-2病毒上的衣壳蛋白和生物芯片表面AAV-2单抗结合后与芯片纳米孔产生等离子共振效应，引起特定波长处吸光度的改变。该波长处的吸光度的高低与样本中的AAV-2病毒含量成正比。故可利用已知浓度的病毒样品在NanoSPR芯片的特定波长处的吸光度变化，建立吸光度变化值与浓度值的标准曲线，从而计算出待测样本中的AAV-2病毒含量。AAV作为基因治疗的明星载体，是目前基因治疗中最常用的载体，准确的滴度检测是AAV基因治疗药物质控的重要组成部分，也是开展临床研究的前提条件。AAV-2病毒定量检测试剂盒可搭配量准多功能分子检测仪（WeSPR 100或WeSPR HT96）使用，一步加样，15min即可出结果，能准确、快速、简便、高通量的检测细胞上清中AAV-2病毒含量。大大简化了AAV开发者的工作流程。在基因治疗、抗病毒疫苗开发等领域有着非常广泛的应用前景。基因治疗或疫苗开发过程中，对AAV衣壳浓度进行完整、精确的测定，是前期研发，中期筛选中获得可靠数据，后期治疗中能够安全有效给药的必要条件。同时，测定AAV分离纯化过程中不同阶段的病毒浓度、优化克隆、提高产量也十分重要。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2022.100444