獲獎項(xiàng)目簡介
2022年CAIA獎一等獎：高穩(wěn)定生物傳感器研究及其在漁業(yè)環(huán)境微污染分析領(lǐng)域的應(yīng)用
完成單位：中國水產(chǎn)科學(xué)研究院、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、深圳綠詩源生物技術(shù)有限公司
完成人：吳立冬、李敬、盧憲波、翟俊峰、陳吉平、金靜、劉歡、任源遠(yuǎn)、王防修、孫慧武
成果簡介：我國集約化養(yǎng)殖模式導(dǎo)致漁業(yè)水域存在大量殘餌及排泄物組成的有機(jī)質(zhì)，干擾目標(biāo)物與識別元結(jié)合，嚴(yán)重影響傳感器檢測的選擇性和穩(wěn)定性；不同水域污染情況迥異，導(dǎo)致傳感器分析檢測的通用性較差。大多進(jìn)口生物傳感器也不適應(yīng)我國富營養(yǎng)化漁業(yè)水域檢測。本研究針對生物傳感器中核心識別元件單一且長期穩(wěn)定性差、界面物質(zhì)和電子傳輸效率低、現(xiàn)有傳感器與通用技術(shù)不兼容三大技術(shù)瓶頸，以生物傳感器關(guān)鍵材料及配套裝備研發(fā)為技術(shù)攻關(guān)，在漁業(yè)環(huán)境分析檢測領(lǐng)域取得的主要創(chuàng)新成果為：率先提出“溶劑籠”疏水性物質(zhì)傳遞新體系，屏蔽了親水有機(jī)質(zhì)干擾，實(shí)現(xiàn)了疏水性有機(jī)污染物納摩爾級檢測；精準(zhǔn)設(shè)計了5種仿生酶作為長效識別元件，豐富了傳感器檢測原理；揭示了磷烯穩(wěn)定核酸適配體機(jī)理，提高了識別元與磷烯增敏材料間的物質(zhì)和電子傳輸效率，實(shí)現(xiàn)了多氯聯(lián)苯同系物的高靈敏特異性檢測；搭建了無需依賴外部能源的自供能傳感界面、兼容性/普適性強(qiáng)的磁控場效應(yīng)晶體管傳感器以及微生物基毒性篩查系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境化學(xué)污染的定性檢測和毒性快速篩查等功能。本研究出版專著3部，發(fā)表論文83篇（其中SCI收錄76篇），授權(quán)發(fā)明專利15項(xiàng)。研究成果在2家高新技術(shù)企業(yè)獲得了推廣示范應(yīng)用。
創(chuàng)新點(diǎn)及科學(xué)價值：隨著生物科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，生物傳感器技術(shù)在環(huán)境分析和實(shí)時監(jiān)測中發(fā)揮了越來越重要的作用。然而應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域的傳感器90%以上依賴進(jìn)口，環(huán)境傳感器技術(shù)已成為制約我國科學(xué)研究和行業(yè)發(fā)展的“卡脖子”技術(shù)。我國富營養(yǎng)化漁業(yè)水域的有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)含量遠(yuǎn)高于國外，導(dǎo)致進(jìn)口傳感器在我國實(shí)際環(huán)境檢測中經(jīng)常失靈。因此，開發(fā)適用于我國特有漁業(yè)環(huán)境的生物傳感器意義非凡。目前，生物傳感器的識別元件活性難以維持、傳感界面單一、界面間物質(zhì)傳遞和電子傳輸困難、傳感器檢測通用性差等問題阻礙了其在漁業(yè)環(huán)境領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。本成果圍繞上述問題，從信號捕獲、信號增強(qiáng)、信號傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)出發(fā)，開展了系統(tǒng)工作，發(fā)明了溶劑籠物質(zhì)傳遞新體系、仿生酶長效識別元件、自供能電子傳輸體系、磁控場效應(yīng)晶體管傳感芯片平臺等系列關(guān)鍵技術(shù)，有力地促進(jìn)了生物傳感器在環(huán)境分析檢測領(lǐng)域中應(yīng)用。
社會經(jīng)濟(jì)效益：本成果為漁業(yè)環(huán)境危害物快速篩查提供了有力的技術(shù)支撐，通過本成果快速檢測及毒性評價技術(shù)，迅速及時發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖水域的污染情況，并進(jìn)一步結(jié)合溯源技術(shù)進(jìn)行源頭追蹤，既懲罰了排污主體，也為居民健康提供了保障，具有重要的社會效益。近三年，項(xiàng)目形成的技術(shù)和產(chǎn)品已在6家檢測機(jī)構(gòu)及科研單位中推廣應(yīng)用，增加了社會經(jīng)濟(jì)效益。成果構(gòu)建的在線樣品采集、污染物精準(zhǔn)檢測和快速檢測新體系、原位-在線毒性監(jiān)測新手段，為新型持久性有機(jī)污染物快速檢測及毒性評價提供了可靠技術(shù)手段，為潛在風(fēng)險的發(fā)現(xiàn)起到了重要的“預(yù)警”作用。在線毒性篩查將傳統(tǒng)動物毒性評價的24小時以上，縮短至1小時內(nèi)；與此同時，可節(jié)約大量人力成本、試劑耗材成本，節(jié)約勞動力和試劑耗材成本約數(shù)百萬元。為快檢產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)提供傳感芯片和快速毒性檢測傳感器支持，為公司創(chuàng)造價值5000余萬元。
應(yīng)用前景：磁分離與傳感器聯(lián)用平臺為現(xiàn)場快速檢測提供了新的選擇，磁性分離材料在靶標(biāo)物快速分離富集領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，可提高檢測效率，減少人為操作對檢測結(jié)果的影響。磁分離裝置與傳感器平臺聯(lián)用，適用于批發(fā)市場及農(nóng)貿(mào)市場等缺乏操作人員的初級實(shí)驗(yàn)室。此外，磁性材料結(jié)合傳感器還可以用于磁控開關(guān)及磁控機(jī)器人等未來應(yīng)用場景。
