美研究人員利用蛋白質(zhì)納米線研發(fā)高敏感度化學(xué)傳感器

據(jù)外媒報道，從地桿菌(底色)收集的蛋白質(zhì)納米線(淺綠色)可夾在電極(金色)之間形成生物電子傳感器，可檢測生物分子(紅色)。

來自馬薩諸塞州阿默斯特大學(xué)的研究小組稱，已開發(fā)出有史以來最敏感的傳感器——生物電子氨氣傳感器。該傳感器使用來自地桿菌的導(dǎo)電蛋白質(zhì)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(xué)家DerekLovley在河泥中發(fā)現(xiàn)了地桿菌。該微生物會長出毛發(fā)狀的蛋白質(zhì)細(xì)絲，充當(dāng)納米級“金屬絲”轉(zhuǎn)移電荷以滋養(yǎng)細(xì)菌，并與其它細(xì)菌進(jìn)行交流。

(圖片來源：Nano Research)

文章第一作者、生物醫(yī)學(xué)工程博士Alexander Smith及其導(dǎo)師Jun Yao和Lovley表示，由于氨氣對農(nóng)業(yè)、環(huán)境和生物醫(yī)學(xué)都很重要，因此設(shè)計(jì)了第一款此類氨氣測量傳感器。例如，人類中呼出的氨氣可能預(yù)示某種疾病;在家禽飼養(yǎng)中，加強(qiáng)對氨氣的監(jiān)測和控制，可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稱：“這種傳感器可進(jìn)行高精度傳感，比之前的電子傳感器要好得多?！盨mith補(bǔ)充到：“每次使用該傳感器進(jìn)行新實(shí)驗(yàn)都會令我十分驚喜。它們在實(shí)際運(yùn)作中，效果超乎預(yù)期，我認(rèn)為它們將會對世界發(fā)揮積極作用?！盨mith還說，現(xiàn)有的電子傳感器靈敏度普遍有限或較低，并且容易受到其他氣體的干擾。但新的傳感器不僅功能強(qiáng)大、成本低，而且還是可生物降解的，不會產(chǎn)生電子廢物，并且由細(xì)菌使用可再生原料產(chǎn)出，無需使用有毒化學(xué)物質(zhì)。”

由Lovley的早期研究中可知，蛋白質(zhì)納米線的電導(dǎo)率會隨著蛋白質(zhì)納米線周圍溶液的pH值(酸或堿水平)的變化而變化。研究人員受此啟發(fā)，對生物傳感的分子結(jié)合進(jìn)行高度敏感測試。Smith指出：“如果將它們暴露于化學(xué)物質(zhì)中，其性質(zhì)將會發(fā)生變化，從而可以測量反應(yīng)度?！?/p>

Smith還說：“當(dāng)納米線暴露在氨氣中時，傳感器反應(yīng)非常明顯，這對我們來說意義重大。很早以前，我們就發(fā)現(xiàn)可以通過某種方式調(diào)節(jié)傳感器來顯示這一重大反應(yīng)。傳感器對氨氣非常敏感，但對其他化合物的敏感度較低，因此可被用在一些特定領(lǐng)域?！盠ovley補(bǔ)充說：“非常穩(wěn)定的納米線可以持續(xù)很長時間，因此傳感器在使用數(shù)月后依然可以穩(wěn)定運(yùn)行，并且表現(xiàn)良好，這非常了不起?！?/p>

Yao表示：“這些蛋白質(zhì)納米線總是會帶給我驚喜。其新用途與我們之前的研究領(lǐng)域完全不同?！贝饲?，研究小組曾報道使用蛋白質(zhì)納米線在潮濕環(huán)境中收集能量，并將其用作生物計(jì)算的憶阻器。Lovley表示：“這是納米線傳感器的首個概念驗(yàn)證產(chǎn)品。我們將開發(fā)用于其他化合物的傳感器，并努力調(diào)整，以感應(yīng)其他化合物?！?/p>

目前，TRUNNANO已成功開發(fā)一系列粉末材料，向OEM提供服務(wù)。其創(chuàng)新型高性能材料廣泛應(yīng)用于日常生活，包括汽車、電氣、電子、信息技術(shù)、石油化工、石油、陶瓷、油漆、冶金、太陽能和催化等。