全息生物电检测分析仪

晚报讯手机除了当游戏机、MP3之外，还能变成心电检测仪器？这样的奇思妙想近日在第三届恩智浦杯创新设计大赛中成为现实，来自全国多所高校的12支决赛团队通过这些有趣的发明获得了多项大奖。　　恩智浦杯创新设计大赛在9月至11月开赛，吸引了多所高校的217组学生设计团队踊跃参加，共递交了约140项微控制器设计，最终有12个最佳方案进入决赛。其中，“能够检测心电的手机”获得了最具网络人气奖，发明者是天津大学的李崇崇等3名同学。他们发现，现在普遍应用的生物电检测仪体积较大，不易携带，使用不便，于是便想到了现在越来越多样的手机功能，“给手机配备相应装置，手机屏幕完全可以显示心电检测结果，手机本身还有信号存储功能，为什么不能将手机和心电检测仪结合在一起呢？”　　于是，他们研制出一个具有USB接口的模块系统，可以和手机相连，或直接植入手机中，再用手机屏幕显示、传输采集信号。虽然目前的模块较大，不过他们认为，完全可以通过技术手段，将模块缩小至当前的十分之一，也就是硬币大小，从而可以方便地植入手机。在他们的努力下，这款新颖的手机具有高性价比、高可靠性、多功能、智能化、微功耗的特点，相关技术目前已被深圳的一家公司采纳。

研究背景淡水受到天然和合成化学物质的污染是一项全球性的环境挑战。特别值得关注的是影响脊椎动物繁殖的化学物质和刺激微生物繁殖的无机化合物，因为它们进入环境后都会产生严重的生态影响。由于化学物质的释放可能是动态且瞬态的，需要在原位实时检测这些化学物质。这种检测也必须具有不同非生物条件的环境准确性。实时化学传感对于环境和健康监测中的应用至关重要。生物传感器可以通过基因电路检测各种分子，利用这些化学物质触发有色蛋白质的合成，从而产生光学信号。关键问题虽然生物传感器可以满足污染物监测需求，但仍存在以下问题：1、传感速度通常较慢，难以实现原位监测生物传感器都依赖转录调节进行检测，而蛋白质表达过程将这种传感的速度限制半小时以上，光学信号通常很难原位检测到。2、工程化微生物传感器会降低信噪比和时间响应工程化的微生物虽然提供了机械完整性和支持连续传感，但它们会衰减信号传输，进而降低信噪比和时间响应。新思路有鉴于此，美国莱斯大学Caroline M. Ajo-Franklin等人将合成生物学和材料工程相结合，开发出能够产生电读数且检测时间为分钟的生物传感器。使用模块化的、八组分合成的电子传输链对大肠杆菌进行编程，使其产生电流以响应特定的化学物质。按照设计，该菌株在暴露于硫代硫酸盐后，在2分钟内产生电流。然后，对电流传感器进行了修改，以检测内分泌干扰物。将蛋白质开关纳入合成途径，并用导电纳米材料封装细菌，可在3分钟内检测城市水道样品中的内分泌干扰物。该研究结果提供了一种设计规则，可以用质量输运模型有限的检测时间来感知各种化学品，并为保护生态和人类健康的微型低功耗生物电子传感器提供了一个新的平台。技术方案：1、设计了基于大肠杆菌的生物传感器在大肠杆菌中设计了一种合成电子转移（ET）途径，制备了生物传感器，并评估了各个模块的性能，优化了输出模块的功能，并分析了其性能。2、证实了对硫代硫酸盐的快速检测和定量作者构建了I+C+O+菌株，测量了硫代硫酸盐依赖性EET。通过改进，获得了更高的信噪比，信号强度及再现性，证实了工程菌株产生的电信号能够快速、连续地检测和定量硫代硫酸盐。3、设计了多样化的活体电子传感器作者利用Fd开关以确定活体电子传感器是否可以多样化，证实了工程化Fd可测量合成ET途径中非代谢中间体的分析物，并将响应时间减少了约4倍。4、证实了传感器在城市水道样品的适用性作者证实了2-EWE传感器在具有不同非生物特征的城市水样中具有一致的功能，并通过改进实现了高度可再现的响应，提高了信噪比，获得了更高的稳态电流和更快的响应时间。技术优势：1、开发了超快的生物传感器作者开发了利用ET合成信号转导方法，通过结合合成生物学和材料工程开发了生物传感器，可以产生电子读数，并将检测时间由半小时以上缩短至几分钟。2、实现了城市水道内分泌干扰物的快速测量将蛋白质开关纳入合成途径，并用导电纳米材料封装细菌，可在3分钟内检测城市水道样品中的内分泌干扰物。快速的响应时间非常适合于环境中瞬时化学暴露的连续监测。3、开发了提高信噪比的改进方法利用细胞封装来实现比率传感，并加入导电纳米材料以提高EET的效率，这两种方法都提高了信噪比，并导致了质量传输有限的响应时间。4、为连续、实时环境传感的设计提供了研究平台本文研制的活体电子传感器为连续环境传感提供了一个可扩展的平台，可以在不同的环境中进行长时间的准确操作。技术细节传感器设计作者在大肠杆菌中设计了一种合成电子转移（ET）途径。使用硫代硫酸盐来测试该策略，用三个模块设计了硫代硫酸盐依赖的ET途径。为了评估各个模块的性能，使用了基因组编码和质粒编码的遗传电路的组合，使模块组件能够即插即用表达。为了优化输出模块的功能，作者分析了其表达、EET以及在不同诱导条件下对细胞适应度的影响。为了测量细胞色素的表达，监测了细胞颗粒的相对红色。为了以高通量的方式评估EET，测量了诱导细胞还原细胞不可渗透的WO3纳米棒的能力。使用最佳诱导策略，表明优化的输出模块是功能性的。作者确定了耦合模块的SQR，并证明了细胞可以在表达输出模块的同时在输入模块中合成全蛋白。图 带有合成ET链的大肠杆菌传感器硫代硫酸盐的快速检测和定量为了确定ET通过全合成途径是否依赖于硫代硫酸盐，将所有三个模块集成在一起以构建I+C+O+菌株，并在BES中测量浮游细胞的硫代硫酸盐依赖性EET。结果表明整个通路就像一个硫代硫酸盐传感器。为了改善低信噪比，将每个菌株和工作电极封装在藻酸盐-琼脂糖水凝胶中。与浮游细胞相比，封装细胞对硫代硫酸盐的反应具有更高的信噪比（平均增加30倍以上）。此外，相对于浮游细胞，它表现出更高的信号强度（增加5倍）、更高的再现性（标准偏差减少50%）和更高的线性（R2增加10倍）。探讨了该传感器对不同硫代硫酸盐浓度的响应，表明I+C+O+菌株的电流响应与硫代硫酸盐浓度呈线性关系，证实了工程菌株产生的电信号能够快速、连续地检测和定量硫代硫酸盐。图 活体电子传感器的封装实现了硫代硫酸盐的快速检测和定量传感器多样化为了确定活体电子传感器是否可以多样化，以响应影响脊椎动物繁殖的化学物质，利用Fd开关在翻译后对化学配体进行响应。为了量化每个反应器中4-HT诱导的电流变化，计算了IsC+O+应变相对于IC42AC+O+菌株的电流百分比差异。DMSO和4-HT信号的比较显示，在7.8分钟内以95%的置信度检测到4-HT，信号强度增加0.93%±0.33%。尽管工程Fd产生的信号低于野生型Fd，但它能够检测合成ET途径中非代谢中间体的分析物。因此，与以前的微生物生物电子传感器相比，IsC+O+活电子传感器按设计对4-HT作出响应，并将响应时间减少了约4倍。图 表达电子蛋白质开关的活体电子传感器能够快速检测内分泌干扰物城市水道样品测量在添加了硫代硫酸盐或4-HT的河流和海洋样品中测试了BES，证实2-EWE传感器在具有不同非生物特征的城市水样中具有一致的功能。由于这些城市水样的导电性差且氧化还原活性化合物丰富可能会干扰生物电子传感，引入了生物相容性和导电性TiO2@TiN纳米复合材料进入包封基质以增加接触表面并促进细菌-电极界面处的电子转移。这些纳米颗粒-活性传感器混合物在装置之间显示出高度可再现的响应，提高了信噪比，并且在1mM硫代硫酸盐存在下具有更高的稳态电流，并具有更快的响应时间。本工作开发的活体电子传感器可用来专门检测与环境相关的浓度和条件下的分析物，其传质限制动力学比之前的状态快十倍。图 用导电纳米颗粒封装的活体电子传感器能够快速检测环境中的污染物展望总之，本文研制的活体电子传感器为连续环境传感提供了一个可扩展的平台。实时传感需要快速的分析物检测，在没有样品准备的情况下，可以在不同的环境中进行长时间的准确操作。活体电子传感器可在各种环境条件下使用有限的仪器实时检测目标化学品。为了实现长期的环境部署，可以将碳源和辅助化学品纳入封装矩阵，以优化非生物-生物界面的电信号传输。此外，这些传感器可以被安装到通过清除环境中存在的能量来自我供电的设备中。小型、可部署的实时生物电子传感器可以分布在不同的环境位置，这将彻底改变监测化学品在生态系统中迁移的能力。这将为农业的可持续发展提供重要信息，减轻工业废物排放的影响，并确保水安全。参考文献：Atkinson, J.T., Su, L., Zhang, X. et al. Real-time bioelectronic sensing of environmental contaminants. Nature(2022).DOI：10.1038/s41586-022-05356-yhttps://doi.org/10.1038/s41586-022-05356-y

回放视频上线！由仪器信息网于2021年6月1-2日主办的第三届“锂离子电池检测技术及应用”网络会议已圆满召开，来自科研院所、新能源汽车、电池生产企业、电池源材料等锂电全产业链1000余位相关人士线上参会并积极讨论。响应广大参会者需求，会务已积极征求21位专家意见，21个报告回放视频已全部上线，欢迎大家点击会看，温故知新。会议背景近年来，锂离子电池市场保持高速持续增长。随之锂电相关研究也在近十年来呈现指数增长，锂电高能量密度、高安全性等成为科研及市场广泛关注的焦点和难点，而这些性能与锂电材料多种性质相关，没有统一的规律，这给电池的研究带来很大挑战。准确和全面的理解锂电池材料的构效关系需要综合运用多种分析检测技术。基于此，仪器信息网将于2021年6月1-2日，组织第三届“锂离子电池检测技术及应用”网络会议，分设成分分析技术、失效/热性能分析技术、结构形貌分析技术、颗粒度/安全可靠性等测试技术四个专场，邀请锂电科研专家、锂电分析检测仪器技术专家等，以网络在线报告形式，针对当下锂电研究热点、锂电检测新技术及难点、锂电检测市场展望等进行探讨，搭建线上免费交流平台，促进我国锂电行业良性发展。报告日程及视频回放链接分会场回放链接 报告题目演讲嘉宾锂电成分分析技术(06月01日)点击回看使用俄歇电子能谱法（AES）分析锂离子电池材料的元素化合态张元(日本电子株式会社)点击回看电池材料的安全及性能评价覃冰(岛津企业管理（中国）有限公司)点击回看赛默飞锂电池无机元素分析解决方案贺静芳(赛默飞世尔科技（中国）有限公司)点击回看高分辨率电感耦合等离子体发射光谱在锂电池产业链中的应用浅析吴奋国(德国耶拿分析仪器股份公司)点击回看安捷伦气相色谱锂电池鼓包气分析解决方案李景林(安捷伦科技(中国)有限公司)点击回看气相色谱技术在锂电池成分分析中的应用高璟昌(天目湖先进储能技术研究院)锂电失效、热性能分析技术(06月01日)点击回看加速量热仪（ARC）在锂离子电池热失效分析中的研究进展薛钢(苏州玛瑞柯检测技术有限公司 )点击回看热分析技术在锂电池行业中的应用袁宁肖(梅特勒-托利多)点击回看锂电池性能失效解析石静静(天目湖先进储能技术研究院)点击回看微量热分析技术在电池开发之应用林明申(美国TA仪器)点击回看锂离子电池材料表界面改性与性能衰退机制原位电子显微学研究张跃飞(北京工业大学 )锂电结构形貌分析技术(06月02日)点击回看层状正极材料中裂纹产生机理的电子显微学分析闫鹏飞(北京工业大学 )点击回看赛默飞专利XRD技术加速锂电材料研究居威材(赛默飞世尔科技（中国）有限公司)点击回看HORIBA拉曼光谱在锂电池材料中的最新技术及应用进展孙琳(HORIBA科学仪器事业部)点击回看雷尼绍拉曼光谱系统在锂电池领域的应用李兆芬(雷尼绍)点击回看微焦点X射线透视及CT装置在锂电池行业中的应用黄军飞(岛津企业管理（中国）有限公司)点击回看TOF-SIMS&AES表面分析技术在锂电池领域的应用张硕(天目湖先进储能技术研究院)锂电颗粒度、安全性等测试技术(06月02日)点击回看电池正向设计：从材料模拟与人工智能到电芯正向设计初探李剑(鸿之微科技（上海）股份有限公司)点击回看牛津仪器AZtecBattery系统在锂离子电池清洁度检测中的应用陈帅(牛津仪器科技)点击回看锂电池及其材料安全性检测技术与应用邵丹(广州能源检测研究院)点击回看新能源用锂离子电池失效分析解析整体解决方案韩广帅(同济大学 上海智能新能源汽车科创功能平台有限公司)