生物傳感器：【綜述】石墨烯生物傳感器：病原體的檢測 第1張" title="石墨烯生物傳感器：【綜述】石墨烯生物傳感器：病原體的檢測 第1張-傳感器知識網(wǎng)"/>
石墨烯生物傳感器：【綜述】石墨烯生物傳感器：病原體的檢測
原標(biāo)題：【綜述】石墨烯生物傳感器：病原體的檢測
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今年以來，新冠肺炎（COVID-19）疫情在全球范圍迅速蔓延，雖然在中國已得到了有效控制，但在北美和東南亞國家仍然十分嚴(yán)重，并呈現(xiàn)控制-反彈現(xiàn)象。這對全人類的身心健康、社會(huì)秩序、經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了嚴(yán)重影響。截至北京時(shí)間7月30日，據(jù)世界衛(wèi)生組織發(fā)布的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球累計(jì)新冠肺炎確診病例超過1655萬例，死亡人數(shù)達(dá)65萬，并且這些數(shù)據(jù)仍在不斷攀升。在控制病原體引發(fā)的流行病傳播過程中，能否在第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)高效檢測和有效隔離是阻止疫情擴(kuò)散的關(guān)鍵。因此，針對病原體（細(xì)菌、病毒等）發(fā)展有力的檢測技術(shù)顯得十分重要。
隨著納米科學(xué)和納米技術(shù)的快速發(fā)展，利用納米材料輔助生物傳感器以提升檢測性能備受關(guān)注。納米石墨烯具有優(yōu)良的光、電理化特性，在過去的十多年中，基于石墨烯的光學(xué)、電化學(xué)生物傳感器得到了大力發(fā)展。石墨烯生物傳感器具有檢測對象廣、功能可調(diào)、信號轉(zhuǎn)換方便、靈敏度高等優(yōu)勢，在病原體檢測方面已被逐漸研究和報(bào)道。其傳感原理和相關(guān)技術(shù)在其它類型生物傳感器的構(gòu)建中亦可借鑒。
近日， 湘潭大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 馮波教授團(tuán)隊(duì)和 長沙理工大學(xué)化學(xué)與食品工程學(xué)院 卿志和副教授，基于其在生化傳感方面的研究基礎(chǔ)，針對石墨烯生物傳感器在病原體檢測方面的研究進(jìn)展，在國際生物傳感領(lǐng)域頂級期刊 Biosensors and Bioelectronics(IF: 10.257) 上發(fā)表了題為“ Graphene biosensors for bacterial and viral pathogens”的綜述文章。該綜述總結(jié)了 用于病原體（細(xì)菌和病毒）檢測的石墨烯生物傳感器的發(fā)展，主要包括納米石墨烯材料的制備、性質(zhì)和生物功能化修飾，以及石墨烯生物傳感器的構(gòu)建及其工作機(jī)理、檢測性能等，并討論了該領(lǐng)域目前面臨的的挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向，以促進(jìn)病原體高效檢測技術(shù)的發(fā)展。
圖1、石墨烯生物傳感器的功能化及其對病原體的檢測技術(shù)。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金、湖南省教育廳研究基金的資助。文章第一作者為湘潭大學(xué)研究生 蔣子欣，通訊作者為湘潭大學(xué) 馮波教授、 卿太平博士，以及長沙理工大學(xué) 卿志和副教授。
Graphene biosensors for bacterial and viral pathogens
Zixin Jiang, Bo Feng, Jin Xu, Taiping Qing, Peng Zhang, Zhihe Qing
Biosens. Bioelectron., 2020, 10.1016/j.bios.2020.
導(dǎo)師介紹
卿志和
馮波
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責(zé)任編輯：
石墨烯生物傳感器：國外研究人員研發(fā)石墨烯生物傳感器監(jiān)控食品的新鮮度和安全性
6月29日消息，據(jù)外媒報(bào)道，國外研究人員將他們新的打印傳感器浸入金槍魚肉湯中，觀察讀數(shù)。結(jié)果證明，用高分辨率的氣溶膠噴射打印機(jī)在柔性聚合物膜上打印并經(jīng)過調(diào)整以測試組胺、變應(yīng)原和變質(zhì)的魚和肉的指示劑的傳感器，可以檢測到百萬分之3.41的組胺。
究人員正在使用氣溶膠噴射印刷技術(shù)來創(chuàng)建這些石墨烯生物傳感器，這些傳感器可以檢測出組胺，一種變應(yīng)原和變質(zhì)的魚和肉的指示劑。
美國食品和藥物管理局（US Food and Drug Administration）已將魚類中的組胺標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為百萬分之50，使傳感器的靈敏度足以跟蹤食品的新鮮度和安全性。
使傳感器技術(shù)成為可能的是石墨烯，這是一種碳蜂窩，只是一個(gè)原子厚的超級材料，并且以強(qiáng)度、導(dǎo)電性、柔韌性和生物相容性著稱。使石墨烯在一次性食品安全傳感器上實(shí)用是一種低成本的氣溶膠噴射印刷技術(shù)，其精確度足以創(chuàng)建電化學(xué)傳感器檢測小分子（例如組胺）所需的高分辨率電極。
愛荷華州立大學(xué)機(jī)械工程學(xué)副教授、該研究項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人之一喬納森·克勞森說：“這一高分辨率至關(guān)重要，一般來說，我們越靠近這些電極指，這些生物傳感器的靈敏度就越高。”
克勞森和其他項(xiàng)目負(fù)責(zé)人-愛荷華州立大學(xué)機(jī)械工程副教授卡門·戈麥斯（Carmen Gomes）、美國伊利諾伊州埃文斯頓市西北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)教授Walter P. Murphy和Mark Hersam最近在《2-D Materials》雜志在線發(fā)表的一篇論文中報(bào)道了他們的傳感器發(fā)現(xiàn)。美國國家科學(xué)基金會(huì)、美國農(nóng)業(yè)部、空軍研究實(shí)驗(yàn)室和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院均對該項(xiàng)目提供了支持。
該論文描述了如何將石墨烯電極以氣溶膠方式印刷在柔性聚合物上，然后通過將組胺抗體與石墨烯化學(xué)結(jié)合而轉(zhuǎn)變?yōu)榻M胺傳感器。
Gomes說，組胺會(huì)阻止電子轉(zhuǎn)移并增加電阻，電阻的變化可以由傳感器測量和記錄。這種組胺傳感器不僅適用于魚類，因?yàn)槭澄镏械募?xì)菌會(huì)產(chǎn)生組胺，因此，它可以很好地表明食物的保質(zhì)期。”
研究人員認(rèn)為，該概念也可以檢測其他種類的分子。他們在文章中寫道：“除了這里介紹的組胺案例研究之外，（氣溶膠噴射印刷）和功能化過程可能還可以推廣到各種傳感應(yīng)用，包括環(huán)境毒素檢測、食源性病原體檢測、可穿戴健康監(jiān)測和健康診斷。”
研究人員寫道，例如，通過切換與打印傳感器相連的抗體，它們可以檢測沙門氏菌、癌癥或禽流感等動(dòng)物疾病。
克勞森（Claussen）、赫爾薩姆（Hersam）和其他合作者（請參見側(cè)欄）通過修改氣溶膠噴射印刷的傳感器以檢測細(xì)胞因子或炎癥標(biāo)記物，證明了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。ACS Applied Materials＆Interfaces最近發(fā)表的一篇論文中報(bào)道了這些傳感器，它們可以監(jiān)測牛的免疫系統(tǒng)功能，并在早期檢測出致命的和傳染性的副結(jié)核病。
從事印刷石墨烯研究已有多年的克勞森說，這些傳感器的另一個(gè)特點(diǎn)是使其非常有用：它們不需要花費(fèi)很多錢，并且可以擴(kuò)大規(guī)模以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
克勞森（Claussen）和戈麥斯（Gomes）對食品行業(yè)以及食品安全測試有一定的了解。克勞森（Claussen）是納米科技公司（NanoSpy Inc.）的首席科學(xué)官，戈麥斯（Gomes）是愛荷華州立大學(xué)研究園的一家新興公司，向食品加工公司出售生物傳感器，是一家新興公司。
他們說，該公司正在獲得這項(xiàng)新的組胺和細(xì)胞因子傳感器技術(shù)的許可，畢竟，這是他們在商用傳感器中尋找的東西，這是一個(gè)廉價(jià)、可擴(kuò)展的生物傳感器平臺。
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石墨烯生物傳感器：新冠還是流感？科學(xué)家們正開發(fā)石墨烯生物傳感器：可靈敏分辨幾分鐘出結(jié)果
發(fā)燒，咳嗽，疲勞，頭痛，喉嚨痛……所有這些都是新冠肺炎的典型癥狀。但與此同時(shí)，它們也與季節(jié)性流感的許多常見癥狀相吻合。
盡管癥狀并不完全相同，但是相似之處可能使區(qū)分疾病變得難以診斷。專家擔(dān)心，流感季節(jié)和新冠大流行的空前結(jié)合，將給已經(jīng)在應(yīng)對短缺的醫(yī)療系統(tǒng)帶來更多挑戰(zhàn)。
面對這些即將到來的挑戰(zhàn)，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員正在開發(fā)一種傳感器，該傳感器可以通過同時(shí)測試一個(gè)人來區(qū)分Covid-19和流感。
這項(xiàng)研究是由美國國家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation）提供的資金資助的，目的是在流感季節(jié)襲來之時(shí)，緊急推出該項(xiàng)目，以使公眾健康受益。
該傳感器是由石墨烯制成的，體積很小，僅相當(dāng)于微型SD卡的尺寸。研究人員開發(fā)了這種尺寸的傳感器，因此可以通過筆記本電腦或手機(jī)讀取結(jié)果。
以前，該團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了一種基于石墨烯的生物傳感器，該傳感器通過確定蛋白質(zhì)鐵蛋白的存在來識別兒童中鐵的缺乏，鐵蛋白是細(xì)胞中鐵的主要來源。
“要使這種設(shè)備對特定的生物分子（例如鐵蛋白）敏感，我們需要通過向石墨烯中‘注入’抗體來使其功能化，” Akinwande說。
新型傳感器與鐵蛋白傳感器相似，不同之處在于它不具有鐵蛋白抗體功能，而是具有兩個(gè)石墨烯通道：一個(gè)被Covid-19抗體功能化，另一個(gè)被流感抗體功能化。在存在抗體的情況下，石墨烯的電導(dǎo)率將發(fā)生變化，然后可以通過筆記本電腦或手機(jī)讀取。他們希望傳感器的診斷結(jié)果將在“幾分鐘內(nèi)”提供。
因?yàn)闇y試是在家里進(jìn)行的，所以研究人員認(rèn)為通過分析唾液樣本最容易進(jìn)行測試。但是，他們也正在考慮對汗液樣本或鼻拭子進(jìn)行測試。
目前，研究人員正專注于測試傳感器以確保準(zhǔn)確的結(jié)果。
石墨烯生物傳感器：石墨烯基生物傳感器的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化
石墨烯基生物傳感器的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化
2020-10-23 17:38:01
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0
關(guān)注項(xiàng)目
創(chuàng)始人姓名
于葛亮
性別
男
項(xiàng)目名稱
石墨烯基生物傳感器的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化
項(xiàng)目階段
種子輪
項(xiàng)目領(lǐng)域
新材料新能源
所屬地區(qū)
江蘇
主創(chuàng)類型
留學(xué)歸國人員
項(xiàng)目簡介
開發(fā)石墨烯基生物微電子傳感器，為環(huán)境檢測、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究及臨床診斷找到一種快速簡便的新型方法和產(chǎn)品。公司核心團(tuán)隊(duì)成員在石墨烯二維材料研發(fā)、改性，半導(dǎo)體光刻工藝開發(fā)，二維材料傳感器MEMS 加工等方面實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)豐富，同時(shí)依托英國國家石墨烯研究院的石墨烯研究技術(shù)以及南京大學(xué)國家微結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)的科研能力，我們可以完全自主進(jìn)行材料制備、優(yōu)化，傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等實(shí)現(xiàn)石墨烯基二維材料的最佳檢測能力，開發(fā)具有各種用途的，高效的石墨烯基功能化傳感器。同時(shí)擁有國際一流的器件加工設(shè)備和超靜實(shí)驗(yàn)環(huán)境，主營二維材料制備、功能化石墨烯等二維材料，以及基于二維材料的半導(dǎo)體芯片研發(fā)，正服務(wù)于科研單位、高校及研發(fā)公司等。
團(tuán)隊(duì)介紹
公司核心團(tuán)隊(duì)在石墨烯以及微納加工領(lǐng)域具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和堅(jiān)實(shí)的工作基礎(chǔ)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為南京大學(xué)教授于葛亮博士，英國曼徹斯特大學(xué)畢業(yè)，南京大學(xué)教授，師從石墨烯諾獎(jiǎng)得主康斯坦丁教授和蓋姆教授，在石墨烯領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研方面有領(lǐng)先的實(shí)力和資源。王揚(yáng)華工程師，合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)專業(yè)畢業(yè)，在無錫華潤上華等半導(dǎo)體公司工作多年，在半導(dǎo)體光刻及腐蝕工序的工藝開發(fā)等方面技術(shù)先進(jìn)。周旭波工程師，合肥工業(yè)大學(xué)微電子專業(yè)畢業(yè)，在無錫華潤上華、微奧等公司負(fù)責(zé)光刻、MEMS熱電工藝研發(fā)工作也積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
運(yùn)營現(xiàn)狀
公司自19年7月正式運(yùn)營以來，已累計(jì)實(shí)現(xiàn)超300萬的銷售額。主要經(jīng)營的產(chǎn)品包括石墨烯基薄膜、石墨烯基異質(zhì)結(jié)、金屬電極、石墨烯基場效應(yīng)傳感器。已開展合作的高校和公司主要有：南京大學(xué)、上海科技大學(xué)、中北大學(xué)、武漢理工大學(xué)、上海理工大學(xué)、無錫華鑫檢測技術(shù)有限公司、上海宸安生物科技有限公司、上海君萬微電子科技有限公司、美新半導(dǎo)體（無錫）有限公司等。依托無錫惠山創(chuàng)業(yè)中心的大力支持，先后入選無錫惠山區(qū)“先鋒英才計(jì)劃”和無錫市“太湖人才”計(jì)劃。同時(shí)人員隊(duì)伍也在不斷壯大，隨著石墨烯產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化加速，公司利用技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，研發(fā)的二維材料以及器件可快速推向市場，可在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)獲得可觀的市場份額。
第三屆“中國創(chuàng)翼”創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽評委打分表
（主體賽創(chuàng)新組）
指標(biāo)
描述
各項(xiàng)
滿分
評委
打分
創(chuàng)新性
25分
1.技術(shù)和產(chǎn)品具有原創(chuàng)性、創(chuàng)新性
10分
分
2.技術(shù)和產(chǎn)品具有行業(yè)領(lǐng)先性或取得了專利等知識產(chǎn)權(quán)成果，能填補(bǔ)國內(nèi)外空白，項(xiàng)目在某個(gè)行業(yè)或領(lǐng)域具有示范性和引領(lǐng)性
5分
3.項(xiàng)目商業(yè)模式具有可行性、創(chuàng)新性，項(xiàng)目管理和服務(wù)方式具有創(chuàng)新性
10分
社會(huì)
價(jià)值
25分
1.項(xiàng)目直接帶動(dòng)就業(yè)崗位的數(shù)量(簽訂勞動(dòng)合同、繳納社保證明)，間接帶動(dòng)創(chuàng)業(yè)就業(yè)的數(shù)量，預(yù)計(jì)未來3年將創(chuàng)造就業(yè)崗位的數(shù)量規(guī)模
10分
分
2.項(xiàng)目的社會(huì)貢獻(xiàn)，帶動(dòng)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展、資源利用、民族文化傳承，帶動(dòng)特殊群體或困難群體就業(yè)創(chuàng)業(yè)，促進(jìn)建檔立卡困難家庭和群眾增收
10分
3.促進(jìn)節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、推動(dòng)綠色發(fā)展
5分
項(xiàng)目
團(tuán)隊(duì)
25分
1.項(xiàng)目第一創(chuàng)始人的素質(zhì)、能力、背景和經(jīng)歷
10分
分
2.團(tuán)隊(duì)其他成員配備的科學(xué)性、完整性和互補(bǔ)性
10分
3.團(tuán)隊(duì)的整體運(yùn)營能力和執(zhí)行能力
5分
市場及
發(fā)展前
景
25分
1.項(xiàng)目是否具有廣闊的市場前景，具備大范圍占據(jù)市場的可行性和條件
5分
分
2.項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展的能力，及能創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值
10分
3.項(xiàng)目運(yùn)營現(xiàn)狀和財(cái)務(wù)狀況，已取得的進(jìn)展和成績
10分
總分
100分
分
第三屆“中國創(chuàng)翼”創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽評委打分表
（主體賽創(chuàng)業(yè)組）
指標(biāo)
描述
各項(xiàng)
滿分
評委
打分
創(chuàng)新性
25分
1.技術(shù)和產(chǎn)品具有原創(chuàng)性、創(chuàng)新性
10分
分
2.技術(shù)和產(chǎn)品具有行業(yè)領(lǐng)先性或取得了專利等知識產(chǎn)權(quán)成果，能填補(bǔ)國內(nèi)外空白，項(xiàng)目在某個(gè)行業(yè)或領(lǐng)域具有示范性和引領(lǐng)性
5分
3.項(xiàng)目商業(yè)模式具有可行性、創(chuàng)新性，項(xiàng)目管理和服務(wù)方式具有創(chuàng)新性
10分
社會(huì)
價(jià)值
25分
1.項(xiàng)目直接帶動(dòng)就業(yè)崗位的數(shù)量(簽訂勞動(dòng)合同、繳納社保證明)，間接帶動(dòng)創(chuàng)業(yè)就業(yè)的數(shù)量，預(yù)計(jì)未來3年將創(chuàng)造就業(yè)崗位的數(shù)量規(guī)模
10分
分
2.項(xiàng)目的社會(huì)貢獻(xiàn)，帶動(dòng)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展、資源利用、民族文化傳承，帶動(dòng)特殊群體或困難群體就業(yè)創(chuàng)業(yè)，促進(jìn)建檔立卡困難家庭和群眾增收
10分
3.促進(jìn)節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、推動(dòng)綠色發(fā)展
5分
項(xiàng)目
團(tuán)隊(duì)
20分
1.項(xiàng)目第一創(chuàng)始人的素質(zhì)、能力、背景和經(jīng)歷
5分
分
2.團(tuán)隊(duì)其他成員配備的科學(xué)性、完整性和互補(bǔ)性
5分
3.團(tuán)隊(duì)的整體運(yùn)營能力和執(zhí)行能力
5分
4.團(tuán)隊(duì)股權(quán)結(jié)構(gòu)合理性和是否建立了員工激勵(lì)機(jī)制
5分
發(fā)展現(xiàn)
狀及前
景
30分
1.項(xiàng)目是否具有廣闊的市場前景，具備大范圍占據(jù)市場的可行性和條件
5分
分
2.項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展的能力，及能創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值
5分
3.項(xiàng)目運(yùn)營現(xiàn)狀和，已取得的進(jìn)展和成績
10分
4.項(xiàng)目財(cái)務(wù)狀況、融資狀況
10分
總分
100分
分
第三屆“中國創(chuàng)翼”創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽評委打分表
（專項(xiàng)賽）
指標(biāo)
描述
各項(xiàng)
滿分
評委
打分
創(chuàng)新性
25分
1.技術(shù)和產(chǎn)品具有原創(chuàng)性、創(chuàng)新性
10分
分
2.技術(shù)和產(chǎn)品具有行業(yè)領(lǐng)先性或取得了專利等知識產(chǎn)權(quán)成果，能填補(bǔ)國內(nèi)外空白，項(xiàng)目在某個(gè)行業(yè)或領(lǐng)域具有示范性和引領(lǐng)性
5分
3.項(xiàng)目商業(yè)模式具有創(chuàng)新性、項(xiàng)目管理和服務(wù)方式具有創(chuàng)新性
10分
社會(huì)
價(jià)值
25分
1.項(xiàng)目直接帶動(dòng)就業(yè)崗位的數(shù)量(簽訂勞動(dòng)合同、繳納社保證明)，間接帶動(dòng)創(chuàng)業(yè)就業(yè)的數(shù)量，預(yù)計(jì)未來3年將創(chuàng)造就業(yè)崗位的數(shù)量規(guī)模
10分
分
2.項(xiàng)目的社會(huì)貢獻(xiàn)，帶動(dòng)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展、資源利用、民族文化傳承，帶動(dòng)特殊群體或困難群體就業(yè)創(chuàng)業(yè)，促進(jìn)建檔立卡困難家庭和群眾增收等
10分
3.促進(jìn)節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、推動(dòng)綠色發(fā)展
5分
項(xiàng)目
團(tuán)隊(duì)
20分
1.項(xiàng)目第一創(chuàng)始人的素質(zhì)、能力、背景和經(jīng)歷
10分
分
2.團(tuán)隊(duì)其他成員配備的科學(xué)性、完整性和互補(bǔ)性
5分
3.團(tuán)隊(duì)的整體運(yùn)營能力和執(zhí)行能力
5分
發(fā)展現(xiàn)
狀和前
景
30分
1.項(xiàng)目是否具有廣闊的市場前景，具備大范圍推廣的可行性和條件
10分
分
2.項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展的能力，及經(jīng)濟(jì)價(jià)值
10分
3.項(xiàng)目運(yùn)營現(xiàn)狀和財(cái)務(wù)狀況，取得的進(jìn)展和成績
10分
總分
100分
分
【打分規(guī)則】評委打分保留小數(shù)點(diǎn)后兩位。
【總分區(qū)間】優(yōu)：90分及以上；良：80~90分；中：70~80分；差：70分以下
提交分?jǐn)?shù)
