从Geobacter(背景)获取的蛋白质纳米线(浅绿色)被夹在电极(金色)之间，形成用于检测生物分子的生物电子传感器(红色)。图片来源:马萨诸塞大学阿默斯特/姚实验室
马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的团队介绍了高性能的“绿色”电子nic传感器。
本周，马萨诸塞大学阿默斯特分校的一个研究小组在《纳米研究》杂志上报告说，他们已经开发出有史以来最敏感的生物电子氨气体传感器。
该传感器使用来自细菌Geobacter的电荷导电蛋白纳米线为电子设备提供生物材料。30多年前，资深作家兼微生物学家德里克·洛夫利在河泥中发现了Geobacter。这些微生物长出毛发状的蛋白质丝，就像纳米级的“电线”一样，为它们的营养转移电荷，并与其他细菌交流。
第一作者、生物医学工程博士生Alexander Smith和他的导师Jun Yao和Lovley说，他们设计了第一个测量氨的传感器，因为这种气体对农业、环境和生物医学很重要。例如，在人类中，呼吸中的氨可能是疾病的信号，而在家禽养殖中，必须密切监测和控制这种气体，以促进鸟类的健康和舒适，并避免饲料失衡和产量损失。
Yao说:“这个传感器可以让你进行高精度的传感;它比以前的电子传感器好多了。”史密斯补充说:“每次我做一个新实验，我都会感到惊喜。我们没想到它们会有现在这样的表现。我真的认为他们可以对世界产生真正积极的影响。”
史密斯说，现有的电子传感器往往要么灵敏度有限，要么灵敏度低，而且容易受到其他气体的干扰。除了卓越的功能和低成本，他补充说，“我们的传感器是可生物降解的，所以它们不会产生电子垃圾，而且它们是由细菌可持续生产的，使用可再生的原料，不需要有毒的化学物质。”
作为他博士研究的一部分，史密斯在过去18个月里进行了这些实验。从Lovley早期的研究中我们知道，蛋白质纳米线的导电性会随着蛋白质纳米线周围溶液的pH值(酸或碱的水平)而改变。这促使研究人员测试他们可以对生物传感分子结合高度敏感的想法。史密斯指出:“如果你将它们暴露在一种化学物质中，它们的性质就会发生变化，你可以测量它们的反应。”
当他把纳米线暴露在氨中时，“反应是非常明显和显著的，”史密斯说。“早期，我们发现我们可以调整传感器，以显示这种显著的反应。它们对氨非常敏感，对其他化合物就不那么敏感了，所以传感器可以非常具体。”
Lovley补充说，“非常稳定”的纳米线可以使用很长时间，传感器在几个月的使用后持续稳定地工作，工作得如此好“非常了不起”。
姚说:“这些蛋白质纳米线总是让我感到惊讶。这种新用途与我们之前工作的领域完全不同。”此前，该团队曾报道过利用蛋白质纳米线从湿度中获取能量，并将其用作生物计算的忆阻器。
史密斯自称“具有创业精神”，他与姚和洛夫利共同创建了e-Biologics公司，并凭借该公司的创业商业计划获得了马萨诸塞州大学阿默斯特学院2018年创新挑战赛的第一名。研究人员已经跟进了一项专利申请、筹款、商业发展和研发计划。
Lovley说:“这项工作是纳米线传感器的第一个概念验证。一旦我们回到实验室，我们会为其他化合物开发传感器。我们正在对它们进行调整，以适应一系列其他化合物。”
这项工作得到了来自美国国家科学基金会、马萨诸塞大学阿默斯特学院技术商业化和风险办公室以及校园分层制造中心(美国国家科学基金会资助的纳米尺度科学与工程中心)的职业生涯津贴和研究生研究奖学金的支持。
