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科学家利用蛋白质纳米线制作出高灵敏化学传感器

仪表研发 2020年05月15日 09:05:16 来源:传感器专家网人气:12456
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  【仪表网 仪表研发】5月14日消息,马萨诸塞大学阿默斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的一个研究小组本周在《纳米研究》(nanosearch)杂志上撰文称,他们已经开发出了生物电子氨气传感器,该传感器是非常敏感的传感器之一。
 
  该传感器使用来自细菌地杆菌(Geobacter)的导电蛋白质纳米线为电子器件提供生物材料。30多年前,资深作家、微生物学家德里克洛夫利在河泥中发现了地杆菌(Geobacter),这些微生物生长出毛发状的蛋白质细丝,可作为纳米级的“电线”,为它们的营养输送电荷,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)以及他的导师姚军(Jun Yao)和洛夫利(Lovley)表明,他们设计了第一个测量氨气的传感器,因为氨气对农业、环境和生物医学都很重要。例如,在人类,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,以确保鸟类健康和舒适,并避免饲料失衡和生产损失。
 
  史密斯说:“这种传感器可以进行高精度的传感,它比以前的电子传感器好多了。现有的电子传感器通常要么灵敏度有限,要么灵敏度低,而且容易受到其他气体的干扰。而除了功能优越、成本低廉外,我们的传感器是可生物降解的,因此不会产生电子垃圾,而且它们是由使用可再生原料的细菌可持续生产的,而无需使用有毒化学物质。”
 
  史密斯(Smith)在他的博士学位期间进行了18个月的实验,从他的导师洛夫利(Lovley)的早期研究中可以知道,蛋白质纳米线的电导率随蛋白质纳米线周围溶液的pH值(酸或碱水平)而变化,这促使研究人员测试了他们对生物传感的分子结合具有高度反应性的想法。
 
  史密斯指出:“如果将它们暴露于化学物质中,其性质会发生变化,并且可以测量响应。当将纳米线暴露在氨水中时,反应非常明显,意义重大。早期,我们发现我们可以调整传感器的方式,显示出这种重要的反应,它们对氨非常敏感,而对其他化合物的敏感度要低得多,因此该传感器非常特殊。”
 
  洛夫利补充说,“这种“非常稳定”的纳米线能持续很长时间,传感器在使用数月后能持续稳定地工作,并且工作得非常好。这个新的应用领域与我们之前的研究完全不同,这项工作是纳米线传感器概念的第一个证明,一旦我们回到实验室,我们将开发其他化合物的传感器,我们正在为一系列其他化合物调整它们。”
 
  此前,研究小组报告说,他们使用蛋白质纳米线从湿度中获取能量,并将其作为生物计算的存储器。
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