從Geobacter（背景）收集的蛋白質(zhì)納米線（淺綠色）夾在電極（金）之間，形成用于檢測(cè)生物分子的生物電子傳感器（紅色）。圖片來(lái)源：麻省大學(xué)阿默斯特分校/姚實(shí)驗(yàn)室

馬薩諸塞州阿默斯特大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在《納米研究》（NanoResearch）期刊上寫道，他們本周報(bào)告說(shuō)，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出生物電子氨氣傳感器，這是有史以來(lái)最敏感的傳感器之一。

該傳感器使用源自細(xì)菌Geobacter 的導(dǎo)電蛋白納米線為電子設(shè)備提供生物材料。30多年前，資深作家和微生物學(xué)家德里克·洛夫利（Derek Lovley）在河泥中發(fā)現(xiàn)了Geobacter。微生物會(huì)長(zhǎng)出像頭發(fā)一樣的蛋白質(zhì)細(xì)絲，充當(dāng)納米級(jí)“金屬絲”，以轉(zhuǎn)移電荷來(lái)滋養(yǎng)它們并與其他細(xì)菌交流。

生物醫(yī)學(xué)工程博士學(xué)位的第一作者和作者亞歷山大·史密斯（Alexander Smith）與其顧問(wèn)Jun Yao和Lovley說(shuō)，他們?cè)O(shè)計(jì)了這種用于測(cè)量氨的第一個(gè)傳感器，因?yàn)樵摎怏w對(duì)農(nóng)業(yè)，環(huán)境和生物醫(yī)學(xué)至關(guān)重要。例如，在人類中，呼吸中的氨氣可能預(yù)示著疾病，而在禽類養(yǎng)殖中，必須對(duì)禽類的健康和舒適性進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)和控制，避免飼料不平衡和生產(chǎn)損失。

姚說(shuō)：“這種傳感器使您能夠進(jìn)行高精度傳感；比以前的電子傳感器要好得多�！� Smith補(bǔ)充說(shuō)：“每次進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)時(shí)，我都會(huì)感到驚喜。我們并不期望他們像他們那樣出色地工作。我真的認(rèn)為它們會(huì)對(duì)世界產(chǎn)生真正的積極影響�！�

史密斯說(shuō)，現(xiàn)有的電子傳感器通常靈敏度有限或靈敏度低，并且容易受到其他氣體的干擾。他補(bǔ)充說(shuō)，除了卓越的功能和低成本之外，“我們的傳感器是可生物降解的，因此不會(huì)產(chǎn)生電子廢物，而且它們是使用可再生原料通過(guò)細(xì)菌可持續(xù)生產(chǎn)的，而無(wú)需使用有毒化學(xué)物質(zhì)�！�

史密斯（Smith）在他的博士學(xué)位期間進(jìn)行了過(guò)去18個(gè)月的實(shí)驗(yàn)。工作。從洛夫利（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。這促使研究人員檢驗(yàn)了這種想法，即他們可以對(duì)生物傳感的分子結(jié)合高度敏感。Smith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)�！�

史密斯說(shuō)，當(dāng)他將納米線暴露在氨氣中時(shí)，“反應(yīng)確實(shí)非常顯著且顯著”。“很早以前，我們發(fā)現(xiàn)我們可以以顯示出這種顯著響應(yīng)的方式對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)整。它們對(duì)氨非常敏感，對(duì)其他化合物的敏感度則低得多，因此傳感器可以非常特殊。”

Lovley補(bǔ)充說(shuō)，“非常穩(wěn)定”的納米線可以持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，在使用數(shù)月后，該傳感器可以始終如一地穩(wěn)定運(yùn)行，并且表現(xiàn)出色，“非常了不起”。

姚說(shuō)：“這些蛋白質(zhì)納米線總是令我驚訝。這種新用途與我們以前研究的領(lǐng)域完全不同。” 此前，研究小組曾報(bào)道使用蛋白質(zhì)納米線從濕度中收集能量，并將其用作生物計(jì)算的憶阻器。

史密斯自稱為“企業(yè)家”，因與他和e-Biologics組成的公司的創(chuàng)業(yè)業(yè)務(wù)計(jì)劃而獲得了UMass Amherst的2018年創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽的第一名。研究人員跟蹤了專利申請(qǐng)，籌款，業(yè)務(wù)發(fā)展和研發(fā)計(jì)劃。

Lovley說(shuō)：“這項(xiàng)工作是納米線傳感器的第一個(gè)概念驗(yàn)證。一旦回到實(shí)驗(yàn)室，我們將開(kāi)發(fā)用于其他化合物的傳感器。我們正在努力針對(duì)一系列其他化合物進(jìn)行調(diào)整�！�