有史以來最為敏感的生物電子氨氣傳感器

據(jù)麥姆斯咨詢報道，馬薩諸塞大學阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）的一支研究團隊本周在《納米研究》（Nano Research）期刊中撰文稱，他們開發(fā)出了有史以來最為敏感的生物電子氨氣傳感器。

該傳感器使用來自Geobacter細菌的導電蛋白質納米線為電子裝置提供生物材料。30多年前，資深作者、生物學家Derek Lovley在河泥中發(fā)現(xiàn)了Geobacter細菌。這些微生物會長出毛發(fā)狀的蛋白質細絲，作為納米級“電線”轉移電荷滋養(yǎng)細菌，并實現(xiàn)與其它細菌之間的交流。

該論文的第一作者、生物醫(yī)學系博士生Alexander Smith及其導師Jun Yao和Lovley表示，他們設計了第一款這類測量氨氣的傳感器，因為氨氣對農(nóng)業(yè)、環(huán)境和生物醫(yī)學都至關重要。例如，人體呼出的氨氣可能代表某種疾病；在家禽養(yǎng)殖中，必須對氨氣進行嚴密監(jiān)測和控制，以保證家禽的健康和舒適，并避免飼料不平衡和生產(chǎn)損失。

Yao指出，“這款傳感器可以實現(xiàn)高精度傳感，比此前的電子傳感器要好得多?！盨mith解釋道，“每次我用這款傳感器進行新實驗時，我都會感到驚喜。它們實際運作起來超出我們的預期，我認為它們可以在今后的日常生活中發(fā)揮積極作用?！?br />
Smith認為，現(xiàn)有電子傳感器的靈敏度通常受限或較低，并且容易受到其它氣體的干擾。除了卓越的功能和低成本外，他補充道，“我們的傳感器是可生物降解的，因此不會產(chǎn)生電子垃圾，而且它們使用可再生原料，通過細菌持續(xù)生產(chǎn)，不需要有毒的化學物質?！?br />
讀博期間，Smith將其作為研究工作的一部分進行了為期18個月的實驗。從Lovley的早期研究中可以獲知，蛋白質納米線的電導率會隨著pH值（蛋白質納米線周圍溶液的酸性或堿性水平）的變化而變化。Smith受此啟發(fā)，測試了它們是否能夠對生物傳感的分子結合作出高靈敏度反應。他指出，“如果將它們暴露于化學物質中，其性質會發(fā)生變化，你就可以測量反應?！?br />
當他將納米線暴露在氨氣中時，Smith說，“傳感器的反應非常明顯，這對我們而言意義重大。研究早期，我們發(fā)現(xiàn)可以通過某種方式調整傳感器來展示這一重要反應。它們確實對氨氣非常敏感，對其它化合物的敏感度則低得多，因此該傳感器可以用于非常具體的應用?！?/p>

Lovley補充說明道，“這種非常穩(wěn)定的納米線能持續(xù)很長時間，在使用數(shù)月后，傳感器始終功能強大且運作良好，這是非常了不起的?！?br />
Yao驚嘆道，“這些蛋白質納米線總會給我?guī)眢@喜。這一新用途與我們此前的工作領域完全不同。”研究團隊此前曾報道過使用蛋白質納米線利用濕度收集能量，并將其用作生物計算的憶阻器。

Smith自稱為“創(chuàng)業(yè)者”，在馬薩諸塞大學阿默斯特分校的2018年創(chuàng)新挑戰(zhàn)（Innovation Challenge）中，他與電子生物材料系的Yao和Lovley共同組建的公司獲得了創(chuàng)業(yè)商業(yè)計劃第一名。研究團隊跟進了此后的專利申請、融資、商業(yè)發(fā)展以及研發(fā)計劃事宜。

Lovley總結道，“這項工作是生物納米線傳感器的首個概念驗證產(chǎn)品。回歸實驗室后，我們將開發(fā)用于其它化合物的傳感器，我們正在努力調整以使其適用于其它化合物?！?br />
這項工作從國家科學基金會（National Science Foundation），馬薩諸塞大學阿默斯特分校技術商業(yè)化和風險投資（Technology Commercialization and Ventures）辦公室以及該校分層制造中心（Center for Hierarchical Manufacturing），國家科學基金會資助的納米科學與工程中心（Nanoscale Science and Engineering Center）獲得了職業(yè)資助和研究生研究獎學金（Graduate Research Fellowship）支持。