科技日?qǐng)?bào)實(shí)習(xí)記者?張佳欣

如果化學(xué)品泄漏到河流中，在20分鐘內(nèi)未被注意到，其對(duì)河流造成的污染或許已經(jīng)無(wú)可挽回。現(xiàn)在，一種活生物電子傳感器可以為這一問(wèn)題提供幫助。美國(guó)萊斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了可編程的細(xì)菌，使其能快速感知污染物并實(shí)時(shí)發(fā)出電子信號(hào)。

Pucklike生物電子傳感器包含可編程細(xì)菌并連接到電極上，檢測(cè)到目標(biāo)污染物時(shí)會(huì)發(fā)出信號(hào)。

(相關(guān)資料圖)

圖片來(lái)源：萊斯大學(xué)?

據(jù)最新一期《自然》雜志，這些細(xì)胞可以通過(guò)編程來(lái)識(shí)別化學(xué)“入侵者”，并在幾分鐘內(nèi)報(bào)告污染物的存在。研究人員稱，這種“智能”設(shè)備可用于監(jiān)測(cè)河流、農(nóng)場(chǎng)、工業(yè)和廢水處理廠等環(huán)境。這些細(xì)菌是被封裝的，不會(huì)被釋放到環(huán)境中，它們能通過(guò)環(huán)境收集能源來(lái)為自己供電，確保水安全。

研究人員用作概念驗(yàn)證的細(xì)菌是大腸桿菌。他們的第一個(gè)目標(biāo)是硫代硫酸鹽，這是一種用于水處理的二氯化試劑，可能導(dǎo)致藻類大量繁殖。

大腸桿菌不會(huì)自然地附著在電極上，不會(huì)形成生物膜。當(dāng)加水時(shí)，它們就會(huì)脫落，此時(shí)電極發(fā)出的噪音多于信號(hào)。研究人員將傳感器封裝在棒棒糖形狀的瓊脂糖中，允許污染物進(jìn)入，但將傳感器固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，從而降低噪音?/p>

萊斯大學(xué)科學(xué)家和工程師設(shè)計(jì)的Pucklike設(shè)備包含大量可編程細(xì)菌，可以檢測(cè)污染物并實(shí)時(shí)報(bào)告。

圖片來(lái)源：萊斯大學(xué)

有了物理限制，研究人員首先對(duì)大腸桿菌進(jìn)行編碼，以表達(dá)一種僅在遇到硫代硫酸鹽時(shí)才產(chǎn)生電流的合成途徑。這種有生命的傳感器能夠在每升不到0.25毫摩爾的水平檢測(cè)到這種化學(xué)物質(zhì)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)魚類有毒的水平。

在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)大腸桿菌被重新編碼，以感知環(huán)境激素。當(dāng)合成的導(dǎo)電納米顆粒與瓊脂糖中的細(xì)胞封裝在一起時(shí)，信號(hào)大大增強(qiáng)。研究人員報(bào)告說(shuō)，這些封裝的傳感器檢測(cè)污染物的速度比以往最先進(jìn)的設(shè)備快了10倍。

“我認(rèn)為這是迄今為止建立的最復(fù)雜的實(shí)時(shí)信號(hào)傳遞蛋白質(zhì)途徑?！比R斯大學(xué)研究人員西爾伯格說(shuō)，這種設(shè)計(jì)的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了信號(hào)通路。這條鏈有8個(gè)控制電子流的成分，還有其他一些成分構(gòu)成了連接分子的導(dǎo)線。