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美研究人员利用蛋白质纳米线研发高敏感度化学传感器

发布时间:2021-01-13 12:00:21 所属栏目:物联网 阅读:

据外媒报道,从地杆菌(底色)收集的蛋白质纳米线(浅绿色)可夹在电极(金色)之间形成生物电子传感器,可检测生物分子(红色)。

来自马萨诸塞州阿默斯特大学的研究小组称,已开发出有史以来最敏感的传感器——生物电子氨气传感器。该传感器使用来自地杆菌的导电蛋白质纳米线为电子装置提供生物材料。30多年前,资深作者、生物学家DerekLovley在河泥中发现了地杆菌。该微生物会长出毛发状的蛋白质细丝,充当纳米级“金属丝”转移电荷以滋养细菌,并与其它细菌进行交流。


美研究人员利用蛋白质纳米线研发高敏感度化学传感器


(图片来源:Nano Research)

文章第一作者、生物医学工程博士Alexander Smith及其导师Jun Yao和Lovley表示,由于氨气对农业、环境和生物医学都很重要,因此设计了第一款此类氨气测量传感器。例如,人类中呼出的氨气可能预示某种疾病;在家禽饲养中,加强对氨气的监测和控制,可保证家禽的健康和舒适,并避免饲料不平衡和生产损失。

Yao称:“这种传感器可进行高精度传感,比之前的电子传感器要好得多。”Smith补充到:“每次使用该传感器进行新实验都会令我十分惊喜。它们在实际运作中,效果超乎预期,我认为它们将会对世界发挥积极作用。”Smith还说,现有的电子传感器灵敏度普遍有限或较低,并且容易受到其他气体的干扰。但新的传感器不仅功能强大、成本低,而且还是可生物降解的,不会产生电子废物,并且由细菌使用可再生原料产出,无需使用有毒化学物质。”

由Lovley的早期研究中可知,蛋白质纳米线的电导率会随着蛋白质纳米线周围溶液的pH值(酸或碱水平)的变化而变化。研究人员受此启发,对生物传感的分子结合进行高度敏感测试。Smith指出:“如果将它们暴露于化学物质中,其性质将会发生变化,从而可以测量反应度。”

Smith还说:“当纳米线暴露在氨气中时,传感器反应非常明显,这对我们来说意义重大。很早以前,我们就发现可以通过某种方式调节传感器来显示这一重大反应。传感器对氨气非常敏感,但对其他化合物的敏感度较低,因此可被用在一些特定领域。”Lovley补充说:“非常稳定的纳米线可以持续很长时间,因此传感器在使用数月后依然可以稳定运行,并且表现良好,这非常了不起。”

Yao表示:“这些蛋白质纳米线总是会带给我惊喜。其新用途与我们之前的研究领域完全不同。”此前,研究小组曾报道使用蛋白质纳米线在潮湿环境中收集能量,并将其用作生物计算的忆阻器。Lovley表示:“这是纳米线传感器的首个概念验证产品。我们将开发用于其他化合物的传感器,并努力调整,以感应其他化合物。”

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