传感监测系统

据科技部消息，针对油气田数字化建设需求，先进制造领域部署的国家863课题“油气田监测高性能微传感器及数字化系统”取得阶段性成果，已于近日顺利通过国家级中期检查。这个课题由长庆油田公司牵头，北京大学等5个单位共同参与，通过研究MEMS器件的设计、加工、封装和测试等关键技术，解决高性能MEMS压力传感器耐高温、耐高压、耐腐蚀、高稳定性等问题，研制出满足油气井监测需要的高性能压力传感器及数字化系统，并实现规模应用，提高MEMS压力传感器芯片的规模化制造水平。该系统通过微传感器实现油套压等数据的实时采集和远程传输，将油气井信息进行数字化、智能化综合分析，作出科学决策，指导油气井生产。这对于提高油气田生产管理效率和安全环保水平，减轻劳动强度，筑牢安全管理基础，形成生产动态管理闭环系统，精确指导处理生产问题具有重要意义。

过去，检测药材、药品、有毒物质的成份，要使用液相色谱仪、质谱仪，注入试剂、插入试纸，程序复杂，费钱费力费功夫。能不能利用当代科技的最新成果，创新出一种简单、便宜、快速、灵敏度高、方法准确可靠的检测手段呢?　　由石河子大学药学院教授、国家“千人计划”引进专家李迎春博士指导10名在校大学生组成的迅捷分析有限责任公司科研团队，经过一年多的攻关，研发了一套全新的检测系统——多领域快速检测传感系统。在兵团第二届兵团创新创业大赛上，这个项目获得了大学生“互联网+”组的最高奖——一等奖。　　与传统的色谱检测分析法和生物分析法不同的是，迅捷分析的检测系统采用的是传感器分析法。项目负责人张俊杰介绍说，传感器与通信技术、计算机技术并称信息产业的三大支柱。迅捷分析的突破在于，在自主开发的电化学传感器上采用了两项自主专利新技术——利用增敏修饰技术，将纳米碳、纳米金属材料修饰在传感器电极表面，既提高了检测容量，又增加了检测的速度和灵敏度 利用具有特异识别能力的分子印迹技术，在传感器电极表面形成分子印迹聚合物膜，保证了检测极好的稳定性。这样，检测分析就做到了又快又准又稳定。　　由于没有色谱、质谱分析的繁琐，传感器分析就非常简便。张俊杰介绍说，用迅捷分析的系统检测时，只需把传感器放入被检测物的水溶、脂溶溶液里，传感器上的芯片就会自动将各种化学讯号转换为电讯号，上传到台式的电化学工作站分析、比对。总共只要5分钟，检测结果就在电脑上显示出来了。并且，设备可以将检测数据上传到企业(用户)云平台，进行汇总归类、分析处理，形成对用户生产经营具有指导意义的大数据。　　“我们的优势，是拥有领先的核心技术。”张俊杰说，分子印迹技术是迅捷分析进入传感器市场的核心竞争力。相对于传统分析仪器的市场，电化学传感器具有便携、快速、预处理简单等诸多优势，将会非常迅速地普及开。而迅捷分析的分子印迹技术，解决了电化学传感器无电活性物质不能进行电化学检测的短板问题，保证了传感器的特异性，必将对传感器市场形成巨大的冲击。同时，分子印迹技术极好的稳定性，还使得传感器的设备更加简单可控，非常有利于将来工厂化批量制造。　　据张俊杰介绍，到目前，迅捷分析已研发了具有全部、大部分、常用电化学检测性能的三代电化学工作站和检测系统，售价分别为20万元、15万元和8000元。像检测笔一样、具备常用电化学检测性能的手持一体式工作站和检测系统正在研发之中，预计上市后单价只有500元。而在目前的国内市场，液相色谱仪、气相色谱仪售价分别是50、70万元。使用迅捷分析的检测传感系统，不仅设备便宜，检测费用也只有传统检测方式的三四十分之一。　　“我们的优势还是很明显的。”张俊杰说，他们检索了各类文献，国内目前成熟的、普遍使用的传感检测系统，只有性能单一的家用血糖仪一种。迅捷是国内电化学传感器检测分析的开创者。现在，迅捷的产品已经走出了实验室，走到了用户试用和产品推广阶段。同时，6项相关的发明专利进入了实质性审查阶段。技术创新的路子已经走开了。　　张俊杰说，除了产品推广和优化成型，迅捷分析往后的一项重要工作是创业，争取10年内把产品推广应用到全国各主要制药和化工企业去。目前，迅捷分析正在寻找投资合作伙伴，已有疆内的制药企业、软件服务企业和科研单位，有意与迅捷合作，做医药、保健品、农药和土壤的检测分析。　　“药物分析、环境监测、食品安全监测、工农业生产运用̷̷我们面对的市场非常广阔。”张俊杰说，迅捷分析要实现自己的创业梦想，还有很多的工作要去做。“我们都有了思想准备̷̷”这位今年才本科毕业、秋季即将开始研究生学业的22岁年轻人说，读完书，他们都愿意留在迅捷分析公司，继续从事快速检测传感系统的研发与产业化。

本文开发了一个独立集成的便携式微流控纳米检测系统，展示了生物传感检测和分子相互作用分析的优异性能。共同一作：谢新武*（军事科学院）共同一作：马金标 (天津大学）共同一作：王浩（天津科技大学）其他作者：程振 (清华大学)其他作者：李铁* (中国科学院)其他作者：陈世兴 (中国科学院)其他作者：杜耀华 (军事科学院)其他作者：吴建国（天津科技大学）其他作者：王灿* (天津大学)其他作者：徐新喜* (军事科学院) DOI: 10.1039/d1lc01056e期刊名称：Lab on a chip在这个后基因组时代，分子间的相互作用的分析对检测病原微生物和研究不同生理活动的机制至关重要。传统的生物检测方法存在耗时长、需要大型仪器等缺点，不能满足现场检测分析的需要。硅纳米线-场效应晶体管（SiNW-FET）生物传感器具有响应速度快、灵敏度高、特异性强、易于集成等优点，然而也存在一些瓶颈：过于敏感，环境因素如光、温度和pH值容易造成干扰；并且它们的性能均匀性往往需要提前校准；检测功能设备分散。主要亮点：1、建立了一个独立的完全集成的微流控生物传感器系统；2、该系统可用于快速现场生物检测和分子亲和力动态分析；3、该系统提高了SiNW-FET生物传感器的均一性和检测能力。近日，军事科学院谢新武高工、徐新喜研究员、中国科学院李铁教授及天津大学王灿教授合作的研究成果《A self-contained and integrated microfluidic nano-detection system for the biosensing and analysis of molecular interactions》被《Lab on a Chip》收录， 并被选为期刊内封面论文。《Lab on a Chip》由英国皇家化学学会创办，是生物芯片、微流控等领域的顶级期刊，位列中科院JCR工程技术1区。集成纳米检测系统的构建：(a) 纳米检测系统的实物图；(b) 操作区的功能布局图；(c)液体系统样品输送模块；(d) 检测系统的内部结构设计；(e) 系统的传感信号放大、过滤和采集电路。在这项工作中，我们构建了一个基于SiNW-FET生物传感器的完全独立集成的便携式微流控纳米自动检测系统，用于生物检测和分析。所有的分析过程包括液体样品输送、光学调制、恒温控制、信号放大和数据采集以及结果显示都是自动进行的，极大避免检测时的人为误差。在自动进样模式下分析各种类型的样品进行性能测试，该系统显示出良好的稳定性和鲁棒性。信号精度也用一个商业的高精度电流表进行了验证（R2=0.9988）。使用典型气载致病微生物结核分枝杆菌样品验证了该系统用于生物检测的可行性，其检测限可达1.0 fg/mL。此外利用该系统分析了抗体-蛋白质对的结合-解离过程，证明了本系统用于分子相互作用分析的潜力。该系统集成度高，体积小，便于携带，未来有希望发展成为野外现场生物检测和分子相互作用分析的便携式设备，以实现环境检测、医学研究、食品和农业安全及军事医学等领域的前沿应用。