生物傳感器觀察植物運(yùn)作未來(lái)將有廣闊應(yīng)用前景

2021-04-13 13:43:04來(lái)源：儀表網(wǎng) 閱讀量：169 評(píng)論

導(dǎo)讀：日前，德國(guó)拜羅伊特大學(xué)和發(fā)育生物學(xué)研究所開(kāi)發(fā)出一種新型傳感器，可以實(shí)時(shí)顯示植物細(xì)胞中生長(zhǎng)素的空間分布，并可快速檢測(cè)環(huán)境變化對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。

　　日前，德國(guó)拜羅伊特大學(xué)和圖賓根馬克斯·普朗克發(fā)育生物學(xué)研究所科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種新型傳感器，可以實(shí)時(shí)顯示植物細(xì)胞中生長(zhǎng)素的空間分布，并可快速檢測(cè)環(huán)境變化對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。這種傳感器為研究人員打開(kāi)了觀察植物內(nèi)部運(yùn)作的全新視角。

　　生物傳感器(biosensor)，是一種對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識(shí)別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì))、適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器(如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應(yīng)管、壓電晶體等等)及信號(hào)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(kāi)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(zhǎng)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(shí)時(shí)觀察了細(xì)胞組織需要生長(zhǎng)素的時(shí)空間分布動(dòng)態(tài)過(guò)程。在開(kāi)發(fā)這種生物傳感器時(shí)，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(duì)蛋白非常接近時(shí)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(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)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(xì)胞等。這些分子識(shí)別功能物質(zhì)通過(guò)識(shí)別過(guò)程可與被測(cè)目標(biāo)結(jié)合成復(fù)合物，如抗體和抗原的結(jié)合，酶與基質(zhì)的結(jié)合。

　　在設(shè)計(jì)生物傳感器時(shí)，選擇適合于測(cè)定對(duì)象的識(shí)別功能物質(zhì)，是極為重要的前提。要考慮到所產(chǎn)生的復(fù)合物的特性。根據(jù)分子識(shí)別功能物質(zhì)制備的敏感元件所引起的化學(xué)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(xué)物質(zhì)的生成或消耗等會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化量。根據(jù)這些變化量，可以選擇適當(dāng)?shù)膿Q能器。生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的信息是多元化的，微電子學(xué)和現(xiàn)代傳感技術(shù)的成果已為檢測(cè)這些信息提供了豐富的手段。

　　傳感器的發(fā)展是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，已經(jīng)獲得了關(guān)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(jiàn)解。預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年，新的生物傳感器將發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于植物內(nèi)部運(yùn)作以及它們對(duì)外界刺激反應(yīng)的新見(jiàn)解。

　　發(fā)展前景

　　隨著生物科學(xué)、信息科學(xué)和材料科學(xué)發(fā)展成果的推動(dòng)，生物傳感器技術(shù)飛速發(fā)展。但是，生物傳感器的廣泛應(yīng)用仍面臨著一些困難，今后一段時(shí)間里，生物傳感器的研究工作將主要圍繞選擇活性強(qiáng)、選擇性高的生物傳感元件；提高信號(hào)檢測(cè)器的使用壽命；提高信號(hào)轉(zhuǎn)換器的使用壽命；生物響應(yīng)的穩(wěn)定性和生物傳感器的微型化、便攜式等問(wèn)題?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)的生物傳感器將具有以下特點(diǎn)。

　　1.功能多樣化

　　未來(lái)的生物傳感器將進(jìn)一步涉及醫(yī)療保健、疾病診斷、食品檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、發(fā)酵工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)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(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等感覺(jué)器官的生物傳感器，這就是仿生傳感器，也稱(chēng)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(shù)和納米技術(shù)的進(jìn)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?cè)诩抑羞M(jìn)行疾病診斷，在市場(chǎng)上直接檢測(cè)食品成為可能。

　　3.智能化集成化

　　未來(lái)的生物傳感器必定與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，更科學(xué)、更準(zhǔn)確地提供結(jié)果，實(shí)現(xiàn)采樣、進(jìn)樣、結(jié)果一條龍，形成檢測(cè)的自動(dòng)化系統(tǒng)。同時(shí)，芯片技術(shù)將愈加進(jìn)入傳感器，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)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(shù)的不斷進(jìn)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(huì)加速生物傳感器市場(chǎng)化，商品化的進(jìn)程。在不久的將來(lái)，生物傳感器會(huì)給人們的生活帶來(lái)巨大的變化，它具有廣闊的應(yīng)用前景，必將在市場(chǎng)上大放異彩。

　　資料來(lái)源：百科、科技日?qǐng)?bào)

　　原標(biāo)題：生物傳感器觀察植物運(yùn)作未來(lái)將有廣闊應(yīng)用前景

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