科學(xué)家利用蛋白質(zhì)納米線制作出高靈敏化學(xué)傳感器
5月14日消息,馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的一個(gè)研究小組本周在《納米研究》(nanosearch)雜志上撰文稱,他們已經(jīng)開發(fā)出了生物電子氨氣傳感器,該傳感器是有史以來最敏感的傳感器之一。
該傳感器使用來自細(xì)菌地桿菌(Geobacter)的導(dǎo)電蛋白質(zhì)納米線為電子器件提供生物材料。30多年前,資深作家、微生物學(xué)家德里克洛夫利在河泥中發(fā)現(xiàn)了地桿菌(Geobacter),這些微生物生長(zhǎng)出毛發(fā)狀的蛋白質(zhì)細(xì)絲,可作為納米級(jí)的“電線”,為它們的營(yíng)養(yǎng)輸送電荷,并與其他細(xì)菌交流。
第一作者、生物醫(yī)學(xué)工程博士生亞歷山大·史密斯(Alexander Smith)以及他的導(dǎo)師姚軍(Jun Yao)和洛夫利(Lovley)表明,他們?cè)O(shè)計(jì)了第一個(gè)測(cè)量氨氣的傳感器,因?yàn)榘睔鈱?duì)農(nóng)業(yè)、環(huán)境和生物醫(yī)學(xué)都很重要。例如,在人類,呼吸中的氨可能是疾病的信號(hào),而在家禽養(yǎng)殖中,必須密切監(jiān)測(cè)和控制氣體,以確保鳥類健康和舒適,并避免飼料失衡和生產(chǎn)損失。
史密斯說:“這種傳感器可以進(jìn)行高精度的傳感,它比以前的電子傳感器好多了?,F(xiàn)有的電子傳感器通常要么靈敏度有限,要么靈敏度低,而且容易受到其他氣體的干擾。而除了功能優(yōu)越、成本低廉外,我們的傳感器是可生物降解的,因此不會(huì)產(chǎn)生電子垃圾,而且它們是由使用可再生原料的細(xì)菌可持續(xù)生產(chǎn)的,而無需使用有毒化學(xué)物質(zhì)?!?/p>
史密斯(Smith)在他的博士學(xué)位期間進(jìn)行了18個(gè)月的實(shí)驗(yàn),從他的導(dǎo)師洛夫利(Lovley)的早期研究中可以知道,蛋白質(zhì)納米線的電導(dǎo)率隨蛋白質(zhì)納米線周圍溶液的pH值(酸或堿水平)而變化,這促使研究人員測(cè)試了他們對(duì)生物傳感的分子結(jié)合具有高度反應(yīng)性的想法。
史密斯指出:“如果將它們暴露于化學(xué)物質(zhì)中,其性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化,并且可以測(cè)量響應(yīng)。當(dāng)將納米線暴露在氨水中時(shí),反應(yīng)非常明顯,意義重大。早期,我們發(fā)現(xiàn)我們可以調(diào)整傳感器的方式,顯示出這種重要的反應(yīng),它們對(duì)氨非常敏感,而對(duì)其他化合物的敏感度要低得多,因此該傳感器非常特殊?!?/p>
洛夫利補(bǔ)充說,“這種“非常穩(wěn)定”的納米線能持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間,傳感器在使用數(shù)月后能持續(xù)穩(wěn)定地工作,并且工作得非常好。這個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域與我們之前的研究完全不同,這項(xiàng)工作是納米線傳感器概念的第一個(gè)證明,一旦我們回到實(shí)驗(yàn)室,我們將開發(fā)其他化合物的傳感器,我們正在為一系列其他化合物調(diào)整它們。”
此前,研究小組報(bào)告說,他們使用蛋白質(zhì)納米線從濕度中獲取能量,并將其作為生物計(jì)算的存儲(chǔ)器。