生物傳感器觀察植物運作未來將有廣闊應用前景

2021-04-13 13:43:04來源：儀表網(wǎng) 閱讀量：175 評論

導讀：日前，德國拜羅伊特大學和發(fā)育生物學研究所開發(fā)出一種新型傳感器，可以實時顯示植物細胞中生長素的空間分布，并可快速檢測環(huán)境變化對植物生長的影響。

　　日前，德國拜羅伊特大學和圖賓根馬克斯·普朗克發(fā)育生物學研究所科學家開發(fā)出一種新型傳感器，可以實時顯示植物細胞中生長素的空間分布，并可快速檢測環(huán)境變化對植物生長的影響。這種傳感器為研究人員打開了觀察植物內(nèi)部運作的全新視角。

　　生物傳感器(biosensor)，是一種對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì))、適當?shù)睦砘瘬Q能器(如氧電極、光敏管、場效應管、壓電晶體等等)及信號放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。生物傳感器具有接受器與轉(zhuǎn)換器的功能。

　　此次，研究人員開發(fā)出一種新型基因編碼的生物傳感器，可將植物體內(nèi)生長素的分布定量可視化。其特殊之處在于，它是一種植物經(jīng)改造后可自己產(chǎn)生的人造蛋白質(zhì)，而不必經(jīng)由外部引入。他們利用這種傳感器實時觀察了細胞組織需要生長素的時空間分布動態(tài)過程。在開發(fā)這種生物傳感器時，研究人員發(fā)現(xiàn)大腸桿菌中有一種蛋白質(zhì)可與兩種熒光蛋白偶聯(lián)，并在這些配對蛋白非常接近時發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移。

　　生物傳感器的主要功能

　　生物傳感器具有接受器與轉(zhuǎn)換器的功能。對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測的儀器。生物體中能夠選擇性地分辯特定物質(zhì)的物質(zhì)有酶、抗體、組織、細胞等。這些分子識別功能物質(zhì)通過識別過程可與被測目標結(jié)合成復合物，如抗體和抗原的結(jié)合，酶與基質(zhì)的結(jié)合。

　　在設計生物傳感器時，選擇適合于測定對象的識別功能物質(zhì)，是極為重要的前提。要考慮到所產(chǎn)生的復合物的特性。根據(jù)分子識別功能物質(zhì)制備的敏感元件所引起的化學變化或物理變化，去選擇換能器，是研制高質(zhì)量生物傳感器的另一重要環(huán)節(jié)。敏感元件中光、熱、化學物質(zhì)的生成或消耗等會產(chǎn)生相應的變化量。根據(jù)這些變化量，可以選擇適當?shù)膿Q能器。生物化學反應過程產(chǎn)生的信息是多元化的，微電子學和現(xiàn)代傳感技術的成果已為檢測這些信息提供了豐富的手段。

　　傳感器的發(fā)展是一個漫長的過程，在這個過程中，已經(jīng)獲得了關于蛋白質(zhì)如何被選擇性地改變以結(jié)合特定小分子的基本見解。預計在未來幾年，新的生物傳感器將發(fā)現(xiàn)更多關于植物內(nèi)部運作以及它們對外界刺激反應的新見解。

　　發(fā)展前景

　　隨著生物科學、信息科學和材料科學發(fā)展成果的推動，生物傳感器技術飛速發(fā)展。但是，生物傳感器的廣泛應用仍面臨著一些困難，今后一段時間里，生物傳感器的研究工作將主要圍繞選擇活性強、選擇性高的生物傳感元件；提高信號檢測器的使用壽命；提高信號轉(zhuǎn)換器的使用壽命；生物響應的穩(wěn)定性和生物傳感器的微型化、便攜式等問題。可以預見，未來的生物傳感器將具有以下特點。

　　1.功能多樣化

　　未來的生物傳感器將進一步涉及醫(yī)療保健、疾病診斷、食品檢測、環(huán)境監(jiān)測、發(fā)酵工業(yè)的各個領域。生物傳感器研究中的重要內(nèi)容之一就是研究能代替生物視覺、嗅覺、味覺、聽覺和觸覺等感覺器官的生物傳感器，這就是仿生傳感器，也稱為以生物系統(tǒng)為模型的生物傳感器。

　　2.微型化

　　隨著微加工技術和納米技術的進步，生物傳感器將不斷的微型化，各種便攜式生物傳感器的出現(xiàn)使人們在家中進行疾病診斷，在市場上直接檢測食品成為可能。

　　3.智能化集成化

　　未來的生物傳感器必定與計算機緊密結(jié)合，自動采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，更科學、更準確地提供結(jié)果，實現(xiàn)采樣、進樣、結(jié)果一條龍，形成檢測的自動化系統(tǒng)。同時，芯片技術將愈加進入傳感器，實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的集成化、一體化。

　　4.低成本高靈敏度高穩(wěn)定性高壽命

　　生物傳感器技術的不斷進步，必然要求不斷降低產(chǎn)品成本，提高靈敏度、穩(wěn)定性和壽命。這些特性的改善也會加速生物傳感器市場化，商品化的進程。在不久的將來，生物傳感器會給人們的生活帶來巨大的變化，它具有廣闊的應用前景，必將在市場上大放異彩。

　　資料來源：百科、科技日報

　　原標題：生物傳感器觀察植物運作未來將有廣闊應用前景

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