生物电员检测仪

研究背景淡水受到天然和合成化学物质的污染是一项全球性的环境挑战。特别值得关注的是影响脊椎动物繁殖的化学物质和刺激微生物繁殖的无机化合物，因为它们进入环境后都会产生严重的生态影响。由于化学物质的释放可能是动态且瞬态的，需要在原位实时检测这些化学物质。这种检测也必须具有不同非生物条件的环境准确性。实时化学传感对于环境和健康监测中的应用至关重要。生物传感器可以通过基因电路检测各种分子，利用这些化学物质触发有色蛋白质的合成，从而产生光学信号。关键问题虽然生物传感器可以满足污染物监测需求，但仍存在以下问题：1、传感速度通常较慢，难以实现原位监测生物传感器都依赖转录调节进行检测，而蛋白质表达过程将这种传感的速度限制半小时以上，光学信号通常很难原位检测到。2、工程化微生物传感器会降低信噪比和时间响应工程化的微生物虽然提供了机械完整性和支持连续传感，但它们会衰减信号传输，进而降低信噪比和时间响应。新思路有鉴于此，美国莱斯大学Caroline M. Ajo-Franklin等人将合成生物学和材料工程相结合，开发出能够产生电读数且检测时间为分钟的生物传感器。使用模块化的、八组分合成的电子传输链对大肠杆菌进行编程，使其产生电流以响应特定的化学物质。按照设计，该菌株在暴露于硫代硫酸盐后，在2分钟内产生电流。然后，对电流传感器进行了修改，以检测内分泌干扰物。将蛋白质开关纳入合成途径，并用导电纳米材料封装细菌，可在3分钟内检测城市水道样品中的内分泌干扰物。该研究结果提供了一种设计规则，可以用质量输运模型有限的检测时间来感知各种化学品，并为保护生态和人类健康的微型低功耗生物电子传感器提供了一个新的平台。技术方案：1、设计了基于大肠杆菌的生物传感器在大肠杆菌中设计了一种合成电子转移（ET）途径，制备了生物传感器，并评估了各个模块的性能，优化了输出模块的功能，并分析了其性能。2、证实了对硫代硫酸盐的快速检测和定量作者构建了I+C+O+菌株，测量了硫代硫酸盐依赖性EET。通过改进，获得了更高的信噪比，信号强度及再现性，证实了工程菌株产生的电信号能够快速、连续地检测和定量硫代硫酸盐。3、设计了多样化的活体电子传感器作者利用Fd开关以确定活体电子传感器是否可以多样化，证实了工程化Fd可测量合成ET途径中非代谢中间体的分析物，并将响应时间减少了约4倍。4、证实了传感器在城市水道样品的适用性作者证实了2-EWE传感器在具有不同非生物特征的城市水样中具有一致的功能，并通过改进实现了高度可再现的响应，提高了信噪比，获得了更高的稳态电流和更快的响应时间。技术优势：1、开发了超快的生物传感器作者开发了利用ET合成信号转导方法，通过结合合成生物学和材料工程开发了生物传感器，可以产生电子读数，并将检测时间由半小时以上缩短至几分钟。2、实现了城市水道内分泌干扰物的快速测量将蛋白质开关纳入合成途径，并用导电纳米材料封装细菌，可在3分钟内检测城市水道样品中的内分泌干扰物。快速的响应时间非常适合于环境中瞬时化学暴露的连续监测。3、开发了提高信噪比的改进方法利用细胞封装来实现比率传感，并加入导电纳米材料以提高EET的效率，这两种方法都提高了信噪比，并导致了质量传输有限的响应时间。4、为连续、实时环境传感的设计提供了研究平台本文研制的活体电子传感器为连续环境传感提供了一个可扩展的平台，可以在不同的环境中进行长时间的准确操作。技术细节传感器设计作者在大肠杆菌中设计了一种合成电子转移（ET）途径。使用硫代硫酸盐来测试该策略，用三个模块设计了硫代硫酸盐依赖的ET途径。为了评估各个模块的性能，使用了基因组编码和质粒编码的遗传电路的组合，使模块组件能够即插即用表达。为了优化输出模块的功能，作者分析了其表达、EET以及在不同诱导条件下对细胞适应度的影响。为了测量细胞色素的表达，监测了细胞颗粒的相对红色。为了以高通量的方式评估EET，测量了诱导细胞还原细胞不可渗透的WO3纳米棒的能力。使用最佳诱导策略，表明优化的输出模块是功能性的。作者确定了耦合模块的SQR，并证明了细胞可以在表达输出模块的同时在输入模块中合成全蛋白。图 带有合成ET链的大肠杆菌传感器硫代硫酸盐的快速检测和定量为了确定ET通过全合成途径是否依赖于硫代硫酸盐，将所有三个模块集成在一起以构建I+C+O+菌株，并在BES中测量浮游细胞的硫代硫酸盐依赖性EET。结果表明整个通路就像一个硫代硫酸盐传感器。为了改善低信噪比，将每个菌株和工作电极封装在藻酸盐-琼脂糖水凝胶中。与浮游细胞相比，封装细胞对硫代硫酸盐的反应具有更高的信噪比（平均增加30倍以上）。此外，相对于浮游细胞，它表现出更高的信号强度（增加5倍）、更高的再现性（标准偏差减少50%）和更高的线性（R2增加10倍）。探讨了该传感器对不同硫代硫酸盐浓度的响应，表明I+C+O+菌株的电流响应与硫代硫酸盐浓度呈线性关系，证实了工程菌株产生的电信号能够快速、连续地检测和定量硫代硫酸盐。图 活体电子传感器的封装实现了硫代硫酸盐的快速检测和定量传感器多样化为了确定活体电子传感器是否可以多样化，以响应影响脊椎动物繁殖的化学物质，利用Fd开关在翻译后对化学配体进行响应。为了量化每个反应器中4-HT诱导的电流变化，计算了IsC+O+应变相对于IC42AC+O+菌株的电流百分比差异。DMSO和4-HT信号的比较显示，在7.8分钟内以95%的置信度检测到4-HT，信号强度增加0.93%±0.33%。尽管工程Fd产生的信号低于野生型Fd，但它能够检测合成ET途径中非代谢中间体的分析物。因此，与以前的微生物生物电子传感器相比，IsC+O+活电子传感器按设计对4-HT作出响应，并将响应时间减少了约4倍。图 表达电子蛋白质开关的活体电子传感器能够快速检测内分泌干扰物城市水道样品测量在添加了硫代硫酸盐或4-HT的河流和海洋样品中测试了BES，证实2-EWE传感器在具有不同非生物特征的城市水样中具有一致的功能。由于这些城市水样的导电性差且氧化还原活性化合物丰富可能会干扰生物电子传感，引入了生物相容性和导电性TiO2@TiN纳米复合材料进入包封基质以增加接触表面并促进细菌-电极界面处的电子转移。这些纳米颗粒-活性传感器混合物在装置之间显示出高度可再现的响应，提高了信噪比，并且在1mM硫代硫酸盐存在下具有更高的稳态电流，并具有更快的响应时间。本工作开发的活体电子传感器可用来专门检测与环境相关的浓度和条件下的分析物，其传质限制动力学比之前的状态快十倍。图 用导电纳米颗粒封装的活体电子传感器能够快速检测环境中的污染物展望总之，本文研制的活体电子传感器为连续环境传感提供了一个可扩展的平台。实时传感需要快速的分析物检测，在没有样品准备的情况下，可以在不同的环境中进行长时间的准确操作。活体电子传感器可在各种环境条件下使用有限的仪器实时检测目标化学品。为了实现长期的环境部署，可以将碳源和辅助化学品纳入封装矩阵，以优化非生物-生物界面的电信号传输。此外，这些传感器可以被安装到通过清除环境中存在的能量来自我供电的设备中。小型、可部署的实时生物电子传感器可以分布在不同的环境位置，这将彻底改变监测化学品在生态系统中迁移的能力。这将为农业的可持续发展提供重要信息，减轻工业废物排放的影响，并确保水安全。参考文献：Atkinson, J.T., Su, L., Zhang, X. et al. Real-time bioelectronic sensing of environmental contaminants. Nature(2022).DOI：10.1038/s41586-022-05356-yhttps://doi.org/10.1038/s41586-022-05356-y

2015全国生物医学农林电镜技术研讨会暨生物电镜前沿技术培训班开幕 　　仪器信息网讯 2015年5月30日，&ldquo 2015全国生物医学农林电镜技术研讨会暨生物电镜前沿技术培训班&rdquo 在浙江大学开幕。本次会议由中国电子显微镜学会生物医学电镜专业委员会和农林电镜专业委员会主办，浙江大学农生环测试中心与德国徕卡公司联合承办。 　　本次会议特别邀请了国内外知名专家教授和电镜工作者讲授生物电子显微镜技术的最新发展，交流生物样品制备和应用方面的技术经验，并安排部分学员参加实验操作及演示。 　　会议的主题包括常规电镜制样技术、低温电镜制样技术、免疫金标记电镜技术、光镜-电镜关联技术等。 会议现场 中国电子显微镜学会农林电镜专业委员会主任洪健教授主持会议 　　电子显微镜可以对分子水平、细胞水平直至组织水平的生物材料的结构和功能进行研究，是唯一能在如此宽广范围内研究生命现象的技术。其在生物医学、农业、林业等领域的研究中都有着重要的作用。 中国电子显微镜学会副理事长、第二军医大学教授杨勇骥教授 　　中国电子显微镜学会副理事长、第二军医大学杨勇骥教授在开幕式致辞中说道：&ldquo 电镜技术已经成为生物学研究的最重要的技术手段之一，几乎所有的研究都要或将要用到电镜技术。上个世纪90年代，由于蛋白质研究的兴起，电镜技术受到分子生物学研究相关技术的冲击逐渐没落。然而多年的发展证明，单一的技术手段不利于科学研究的发展。从本世纪初开始，科学家们重新认识到电镜的重要性，随之而来的是电镜在生命科学领域的蓬勃发展，许多新的电镜实验室陆续筹建，新一代电镜设备和新技术不断被引进。&rdquo 中国电子显微镜学会理事长、浙江大学学术委员会主任张泽院士 　　中国电子显微镜学会理事长、浙江大学学术委员会主任张泽院士也表示，国家对于电镜平台的建设非常支持，无论是材料领域还是生物领域。据介绍，浙江大学目前平台建设最大的投资都是在电镜方面。其中材料电镜实验平台最初一次性投资4500万，经过三年的发展，目前的设备总值达到了1个亿。而目前筹建的生物电镜平台一次性投资了6000万。 　　都说&ldquo 工欲善其事，必先利其器&rdquo ，然而如何更好的发挥仪器设备的作用，却离不开优秀的技术人才。我们可以花钱买到仪器，但优秀的技术人才有时却是千金难买。 　　杨勇骥谈到，&ldquo 目前电镜在生物学领域应用面临的一个最大的瓶颈就是有经验的电镜技术人才的缺失。传统的电镜制样技术无法得到传承，新型电镜制样技术人才还没有成长起来。面对这种情况，许多生物电镜专家焦虑万分，在各种场合多次呼吁重振生物电镜技术，加快生物电镜技术人才的培养。&rdquo 　　&ldquo 此次浙江大学洪健教授勇挑重担，组织举办电镜技术研讨会及培训班，将我们多年的想法变成现实。许多知名的生物电镜专家都亲临授课，传授理论、技术及经验，希望能够促进电镜技术人才的培养，能够对我国生物电镜事业的发展有所推动，为以后举办提高班打下基础。&rdquo 杨勇骥说道。 　　对于技术人才的缺失问题，张泽表示：&ldquo 我们不得不承认，由于政策不到位等因素的限制，目前专门做技术的人是比较受歧视的，搞技术基本都是为他人做嫁衣裳，这也造成了我们现有的技术人才的缺失。事实上，如何将技术做好是在学术领域有进一步发展的必要条件。如果没有技术的支撑，许多科研人员可能一事无成。&rdquo 　　&ldquo 好在现在大家对于技术越来越重视。中国电镜学会在组织学术研讨会之前举办培训班就是为了加强技术人才培养。浙江大学也为技术人员提供了求是教授的评选机会，目前浙江大学技术岗的两名求是教授都来自电镜平台。一位是材料电镜平台的李吉学教授，另一位就是生物电镜平台的洪健教授。&rdquo 北京大学丁明孝教授 　　北京大学教授丁明孝多年来一直关心着电镜技术在生物领域的应用发展。他谈到，和自己八年前在同样的地点参加的生物电镜会议相比，本次会议的规模大了许多，而且有着许多年轻的面孔，可以说是生物电镜发展迎来了新的春天。 　　他还提到，为了更好的推动电镜技术人才的培养，希望能够组织生物电镜领域有经验的老师，每个人负责总结自己所擅长的技术方向的经验，大家共同出一本书。这样一个人的经验和诀窍就能变成大家的经验和诀窍，这对于提高大家的技术水平或许有所帮助。希望通过更多的沟通和交流，能够促进我国生物电镜技术的发展。 　　关于本次会议的精彩报告内容，敬请关注仪器信息网后续报道 　　撰稿：秦丽娟 　　相关新闻：细胞电子显微学将是生物电镜发展的重要方向之一

晚报讯手机除了当游戏机、MP3之外，还能变成心电检测仪器？这样的奇思妙想近日在第三届恩智浦杯创新设计大赛中成为现实，来自全国多所高校的12支决赛团队通过这些有趣的发明获得了多项大奖。 　　恩智浦杯创新设计大赛在9月至11月开赛，吸引了多所高校的217组学生设计团队踊跃参加，共递交了约140项微控制器设计，最终有12个最佳方案进入决赛。其中，“能够检测心电的手机”获得了最具网络人气奖，发明者是天津大学的李崇崇等3名同学。他们发现，现在普遍应用的生物电检测仪体积较大，不易携带，使用不便，于是便想到了现在越来越多样的手机功能，“给手机配备相应装置，手机屏幕完全可以显示心电检测结果，手机本身还有信号存储功能，为什么不能将手机和心电检测仪结合在一起呢？” 　　于是，他们研制出一个具有USB接口的模块系统，可以和手机相连，或直接植入手机中，再用手机屏幕显示、传输采集信号。虽然目前的模块较大，不过他们认为，完全可以通过技术手段，将模块缩小至当前的十分之一，也就是硬币大小，从而可以方便地植入手机。在他们的努力下，这款新颖的手机具有高性价比、高可靠性、多功能、智能化、微功耗的特点，相关技术目前已被深圳的一家公司采纳。