新型生物电子化学传感器使用蛋白质纳米线具有更高的灵敏度

时间:2020-05-25 19:00 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

新型生物电子化学传感器使用蛋白质纳米线具有更高的灵敏度

马萨诸塞大学阿姆赫斯特团队引入了高性能的绿色技术;电子传感器。

马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的一个研究小组本周在《纳米研究》(NanoResearch)杂志上撰文称,他们已经开发出了有史以来最灵敏的生物电子氨气传感器。

该传感器使用来自Geobacter的电荷传导蛋白质纳米线,为电子设备提供生物材料。30多年前,资深作家兼微生物学家Derek Lovley在河泥中发现了Geobacter。这些微生物会生长出毛发状的蛋白质细丝,这些细丝的作用相当于纳米尺度的线。转移它们的营养并与其他细菌交流。

第一作者、生物医学工程博士生亚历山大·史密斯(Alexander Smith)及其导师姚俊(Jun Yao)和洛夫利(Lovley)表示,他们设计了第一个测量氨的传感器,因为氨对农业、环境和生物医学都很重要。例如,在人类中,呼吸中的氨可能是疾病的信号,而在家禽养殖中,必须密切监测和控制气体,以保证家禽的健康和舒适,并避免饲料不平衡和生产损失。

姚说:“这个传感器可以让你做高精度的感应;它比以前的电子传感器要好得多。史密斯补充说:“每次我做一个新实验,我都感到又惊又喜。”我们并不指望他们能像他们那样出色地工作。我真的认为它们会对世界产生真正积极的影响。

史密斯说,现有的电子传感器通常要么灵敏度有限,要么灵敏度很低,而且容易受到其他气体的干扰。他补充说,除了优越的功能和低成本,我们的传感器是生物可降解的,因此它们不会产生电子垃圾,而且它们是由细菌可持续生产的,使用可再生原料,不需要有毒化学品。

作为博士研究的一部分,史密斯在过去的18个月里进行了这些实验。从Lovley’早期的研究中我们知道,蛋白质纳米线;电导率随pH值的变化而变化;酸或碱的水平;蛋白质纳米线周围的溶液。这促使研究人员去测试他们是否能够对生物传感的分子结合做出高度反应。如果你把它们暴露在一种化学物质中,它们的性质就会改变,你就可以测量它们的反应。史密斯说。

当他把纳米线暴露在氨水中时,反应非常明显,意义重大。史密斯说。早些时候,我们发现我们可以调整传感器的方式来显示这种显著的响应。它们对氨非常敏感,对其他化合物的敏感度就低得多,所以传感器可以非常具体。

洛夫利补充说,“这种关系非常稳定。纳米线使用寿命长,经过几个月的使用,传感器性能稳定稳定,使用效果显著。

姚说:“这些蛋白质纳米线总是让我惊讶。这个新用途与我们以前工作的领域完全不同。此前,该团队曾报道使用蛋白质纳米线从湿度中获取能量,并将其用作生物计算的记忆电阻器。

史密斯自称为企业家。在UMass amherstst2018年创新挑战赛中,他与Yao和Lovley创立的e-Biologics公司的创业计划获得了第一名。研究人员随后提出了专利申请、融资、业务发展和研发计划。

洛夫利说,这项工作是纳米线传感器的首次概念验证。一旦我们回到实验室,我们将为其他化合物开发传感器。我们正在对它们进行调整,以适应一系列其他化合物的需要。

参考文献:用于氨检测的生物电子蛋白纳米线传感器;亚历山大·f·史密斯,刘晓蒙,特雷弗·l·伍达德,傅天达,托德·埃姆里克,胡安·m·吉米和内兹,德里克·r·洛夫利和姚俊,2020年5月11日,纳米研究。

DOI: 10.1007 / s12274 - 020 - 2825 - 6

这项工作得到了美国国家科学基金会、马萨诸塞州立大学阿默斯特商学院技术商业化和风险办公室以及该校分层制造中心的职业资助和研究生研究奖学金。分层制造中心是美国国家科学基金会资助的纳米科学和工程中心。

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