生物传感器可观察植物运作规律,有广阔应用前景

来源:仪表网
日前,德国拜罗伊特大学和图宾根马克斯·普朗克发育生物学研究所科学家开发出一种新型传感器,可以实时显示植物细胞中生长素的空间分布,并可快速检测环境变化对植物生长的影响。这种传感器为研究人员打开了观察植物内部运作的全新视角。

日前,德国拜罗伊特大学和图宾根马克斯·普朗克发育生物学研究所科学家开发出一种新型传感器,可以实时显示植物细胞中生长素的空间分布,并可快速检测环境变化对植物生长的影响。这种传感器为研究人员打开了观察植物内部运作的全新视角。

生物传感器(biosensor),是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)、适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。

此次,研究人员开发出一种新型基因编码的生物传感器,可将植物体内生长素的分布定量可视化。其特殊之处在于,它是一种植物经改造后可自己产生的人造蛋白质,而不必经由外部引入。他们利用这种传感器实时观察了细胞组织需要生长素的时空间分布动态过程。在开发这种生物传感器时,研究人员发现大肠杆菌中有一种蛋白质可与两种荧光蛋白偶联,并在这些配对蛋白非常接近时发生荧光共振能量转移。

生物传感器的主要功能

生物传感器具有接受器与转换器的功能。对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。生物体中能够选择性地分辩特定物质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。这些分子识别功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物,如抗体和抗原的结合,酶与基质的结合。

在设计生物传感器时,选择适合于测定对象的识别功能物质,是极为重要的前提。要考虑到所产生的复合物的特性。根据分子识别功能物质制备的敏感元件所引起的化学变化或物理变化,去选择换能器,是研制高质量生物传感器的另一重要环节。敏感元件中光、热、化学物质的生成或消耗等会产生相应的变化量。根据这些变化量,可以选择适当的换能器。生物化学反应过程产生的信息是多元化的,微电子学和现代传感技术的成果已为检测这些信息提供了丰富的手段。

传感器的发展是一个漫长的过程,在这个过程中,已经获得了关于蛋白质如何被选择性地改变以结合特定小分子的基本见解。预计在未来几年,新的生物传感器将发现更多关于植物内部运作以及它们对外界刺激反应的新见解。

发展前景

随着生物科学、信息科学和材料科学发展成果的推动,生物传感器技术飞速发展。但是,生物传感器的广泛应用仍面临着一些困难,今后一段时间里,生物传感器的研究工作将主要围绕选择活性强、选择性高的生物传感元件;提高信号检测器的使用寿命;提高信号转换器的使用寿命;生物响应的稳定性和生物传感器的微型化、便携式等问题。可以预见,未来的生物传感器将具有以下特点。

1.功能多样化

未来的生物传感器将进一步涉及医疗保健、疾病诊断、食品检测、环境监测、发酵工业的各个领域。生物传感器研究中的重要内容之一就是研究能代替生物视觉、嗅觉、味觉、听觉和触觉等感觉器官的生物传感器,这就是仿生传感器,也称为以生物系统为模型的生物传感器。

2.微型化

随着微加工技术和纳米技术的进步,生物传感器将不断的微型化,各种便携式生物传感器的出现使人们在家中进行疾病诊断,在市场上直接检测食品成为可能。

3.智能化集成化

未来的生物传感器必定与计算机紧密结合,自动采集数据、处理数据,更科学、更准确地提供结果,实现采样、进样、结果一条龙,形成检测的自动化系统。同时,芯片技术将愈加进入传感器,实现检测系统的集成化、一体化。

4.低成本高灵敏度高稳定性高寿命

生物传感器技术的不断进步,必然要求不断降低产品成本,提高灵敏度、稳定性和寿命。这些特性的改善也会加速生物传感器市场化,商品化的进程。在不久的将来,生物传感器会给人们的生活带来巨大的变化,它具有广阔的应用前景,必将在市场上大放异彩。

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