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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重，并呈現控制-反彈現象。這對全人類的身心健康、社會秩序、經濟發展帶來了嚴重影響。截至北京時間7月30日，據世界衛生組織發布的實時統計數據，全球累計新冠肺炎確診病例超過1655萬例，死亡人數達65萬，并且這些數據仍在不斷攀升。在控制病原體引發的流行病傳播過程中，能否在第一時間實現高效檢測和有效隔離是阻止疫情擴散的關鍵。因此，針對病原體（細菌、病毒等）發展有力的檢測技術顯得十分重要。

隨著納米科學和納米技術的快速發展，利用納米材料輔助生物傳感器以提升檢測性能備受關注。納米石墨烯具有優良的光、電理化特性，在過去的十多年中，基于石墨烯的光學、電化學生物傳感器得到了大力發展。石墨烯生物傳感器具有檢測對象廣、功能可調、信號轉換方便、靈敏度高等優勢，在病原體檢測方面已被逐漸研究和報道。其傳感原理和相關技術在其它類型生物傳感器的構建中亦可借鑒。

近日， 湘潭大學環境與資源學院 馮波教授團隊和 長沙理工大學化學與食品工程學院 卿志和副教授，基于其在生化傳感方面的研究基礎，針對石墨烯生物傳感器在病原體檢測方面的研究進展，在國際生物傳感領域頂級期刊 Biosensors and Bioelectronics(IF: 10.257) 上發表了題為“ Graphene biosensors for bacterial and viral pathogens”的綜述文章。該綜述總結了 用于病原體（細菌和病毒）檢測的石墨烯生物傳感器的發展，主要包括納米石墨烯材料的制備、性質和生物功能化修飾，以及石墨烯生物傳感器的構建及其工作機理、檢測性能等，并討論了該領域目前面臨的的挑戰以及未來的發展方向，以促進病原體高效檢測技術的發展。

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。

該工作得到了國家自然科學基金、湖南省自然科學基金、湖南省教育廳研究基金的資助。文章第一作者為湘潭大學研究生 蔣子欣，通訊作者為湘潭大學 馮波教授、 卿太平博士，以及長沙理工大學 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.

導師介紹

卿志和

馮波

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責任編輯：

石墨烯生物傳感器：國外研究人員研發石墨烯生物傳感器監控食品的新鮮度和安全性

　　6月29日消息，據外媒報道，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。結果證明，用高分辨率的氣溶膠噴射打印機在柔性聚合物膜上打印并經過調整以測試組胺、變應原和變質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來創建這些石墨烯生物傳感器，這些傳感器可以檢測出組胺，一種變應原和變質的魚和肉的指示劑。
　　美國食品和藥物管理局（US Food and Drug Administration）已將魚類中的組胺標準設定為百萬分之50，使傳感器的靈敏度足以跟蹤食品的新鮮度和安全性。
　　使傳感器技術成為可能的是石墨烯，這是一種碳蜂窩，只是一個原子厚的超級材料，并且以強度、導電性、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用是一種低成本的氣溶膠噴射印刷技術，其精確度足以創建電化學傳感器檢測小分子（例如組胺）所需的高分辨率電極。
　　愛荷華州立大學機械工程學副教授、該研究項目的負責人之一喬納森·克勞森說：“這一高分辨率至關重要，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。”
　　克勞森和其他項目負責人-愛荷華州立大學機械工程副教授卡門·戈麥斯（Carmen Gomes）、美國伊利諾伊州埃文斯頓市西北大學材料科學與工程學教授Walter P. Murphy和Mark Hersam最近在《2-D Materials》雜志在線發表的一篇論文中報道了他們的傳感器發現。美國國家科學基金會、美國農業部、空軍研究實驗室和美國國家標準與技術研究院均對該項目提供了支持。
　　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結合而轉變為組胺傳感器。
　　Gomes說，組胺會阻止電子轉移并增加電阻，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，因為食物中的細菌會產生組胺，因此，它可以很好地表明食物的保質期。”
　　研究人員認為，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用，包括環境毒素檢測、食源性病原體檢測、可穿戴健康監測和健康診斷。”
　　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、癌癥或禽流感等動物疾病。
　　克勞森（Claussen）、赫爾薩姆（Hersam）和其他合作者（請參見側欄）通過修改氣溶膠噴射印刷的傳感器以檢測細胞因子或炎癥標記物，證明了該技術的廣泛應用。ACS Applied Materials＆Interfaces最近發表的一篇論文中報道了這些傳感器，它們可以監測牛的免疫系統功能，并在早期檢測出致命的和傳染性的副結核病。
　　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特點是使其非常有用：它們不需要花費很多錢，并且可以擴大規模以進行大規模生產。
　　克勞森（Claussen）和戈麥斯（Gomes）對食品行業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.）的首席科學官，戈麥斯（Gomes）是愛荷華州立大學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新的組胺和細胞因子傳感器技術的許可，畢竟，這是他們在商用傳感器中尋找的東西，這是一個廉價、可擴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？科學家們正開發石墨烯生物傳感器：可靈敏分辨幾分鐘出結果

發燒，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，它們也與季節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分疾病變得難以診斷。專家擔心，流感季節和新冠大流行的空前結合，將給已經在應對短缺的醫療系統帶來更多挑戰。
面對這些即將到來的挑戰，德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員正在開發一種傳感器，該傳感器可以通過同時測試一個人來區分Covid-19和流感。
這項研究是由美國國家科學基金會（National Science Foundation）提供的資金資助的，目的是在流感季節襲來之時，緊急推出該項目，以使公眾健康受益。
該傳感器是由石墨烯制成的，體積很小，僅相當于微型SD卡的尺寸。研究人員開發了這種尺寸的傳感器，因此可以通過筆記本電腦或手機讀取結果。
以前，該團隊合作開發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鐵蛋白的存在來識別兒童中鐵的缺乏，鐵蛋白是細胞中鐵的主要來源。
“要使這種設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，而是具有兩個石墨烯通道：一個被Covid-19抗體功能化，另一個被流感抗體功能化。在存在抗體的情況下，石墨烯的電導率將發生變化，然后可以通過筆記本電腦或手機讀取。他們希望傳感器的診斷結果將在“幾分鐘內”提供。
因為測試是在家里進行的，所以研究人員認為通過分析唾液樣本最容易進行測試。但是，他們也正在考慮對汗液樣本或鼻拭子進行測試。
目前，研究人員正專注于測試傳感器以確保準確的結果。

石墨烯生物傳感器：石墨烯基生物傳感器的開發與產業化

石墨烯基生物傳感器的開發與產業化

2020-10-23 17:38:01
86
0
關注項目

創始人姓名
于葛亮

性別
男

項目名稱
石墨烯基生物傳感器的開發與產業化

項目階段
種子輪

項目領域
新材料新能源

所屬地區
江蘇

主創類型
留學歸國人員

項目簡介
開發石墨烯基生物微電子傳感器，為環境檢測、基礎醫學研究及臨床診斷找到一種快速簡便的新型方法和產品。公司核心團隊成員在石墨烯二維材料研發、改性，半導體光刻工藝開發，二維材料傳感器MEMS 加工等方面實戰經驗豐富，同時依托英國國家石墨烯研究院的石墨烯研究技術以及南京大學國家微結構重點實驗室先進的科研能力，我們可以完全自主進行材料制備、優化，傳感器結構設計等實現石墨烯基二維材料的最佳檢測能力，開發具有各種用途的，高效的石墨烯基功能化傳感器。同時擁有國際一流的器件加工設備和超靜實驗環境，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體芯片研發，正服務于科研單位、高校及研發公司等。

團隊介紹
公司核心團隊在石墨烯以及微納加工領域具有豐富的經驗和堅實的工作基礎。項目負責人為南京大學教授于葛亮博士，英國曼徹斯特大學畢業，南京大學教授，師從石墨烯諾獎得主康斯坦丁教授和蓋姆教授，在石墨烯領域的產學研方面有領先的實力和資源。王揚華工程師，合肥工業大學電子科學專業畢業，在無錫華潤上華等半導體公司工作多年，在半導體光刻及腐蝕工序的工藝開發等方面技術先進。周旭波工程師，合肥工業大學微電子專業畢業，在無錫華潤上華、微奧等公司負責光刻、MEMS熱電工藝研發工作也積累了豐富的實踐經驗。

運營現狀
公司自19年7月正式運營以來，已累計實現超300萬的銷售額。主要經營的產品包括石墨烯基薄膜、石墨烯基異質結、金屬電極、石墨烯基場效應傳感器。已開展合作的高校和公司主要有：南京大學、上海科技大學、中北大學、武漢理工大學、上海理工大學、無錫華鑫檢測技術有限公司、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、美新半導體（無錫）有限公司等。依托無錫惠山創業中心的大力支持，先后入選無錫惠山區“先鋒英才計劃”和無錫市“太湖人才”計劃。同時人員隊伍也在不斷壯大，隨著石墨烯產品產業化加速，公司利用技術領先優勢，研發的二維材料以及器件可快速推向市場，可在一段時間內持續獲得可觀的市場份額。

                    第三屆“中國創翼”創業創新大賽評委打分表
（主體賽創新組）

指標
描述
各項
滿分
評委
打分

  創新性
25分
  1.技術和產品具有原創性、創新性
  10分
  分

  2.技術和產品具有行業領先性或取得了專利等知識產權成果，能填補國內外空白，項目在某個行業或領域具有示范性和引領性
  5分

  3.項目商業模式具有可行性、創新性，項目管理和服務方式具有創新性
  10分

  社會
價值
25分
  1.項目直接帶動就業崗位的數量(簽訂勞動合同、繳納社保證明)，間接帶動創業就業的數量，預計未來3年將創造就業崗位的數量規模
  10分
  分

  2.項目的社會貢獻，帶動當地產業發展、資源利用、民族文化傳承，帶動特殊群體或困難群體就業創業，促進建檔立卡困難家庭和群眾增收
  10分

  3.促進節能減排、環境保護、推動綠色發展
  5分

  項目
團隊
25分
  1.項目第一創始人的素質、能力、背景和經歷
  10分
  分

  2.團隊其他成員配備的科學性、完整性和互補性
  10分

  3.團隊的整體運營能力和執行能力
  5分

  市場及
發展前
景
25分
  1.項目是否具有廣闊的市場前景，具備大范圍占據市場的可行性和條件
  5分
  分

  2.項目可持續發展的能力，及能創造的經濟價值
  10分

  3.項目運營現狀和財務狀況，已取得的進展和成績
  10分

  總分

  100分
  分

                    第三屆“中國創翼”創業創新大賽評委打分表
（主體賽創業組）

指標
描述
各項
滿分
評委
打分

  創新性
25分
  1.技術和產品具有原創性、創新性
  10分
  分

  2.技術和產品具有行業領先性或取得了專利等知識產權成果，能填補國內外空白，項目在某個行業或領域具有示范性和引領性
  5分

  3.項目商業模式具有可行性、創新性，項目管理和服務方式具有創新性
  10分

  社會
價值
25分
  1.項目直接帶動就業崗位的數量(簽訂勞動合同、繳納社保證明)，間接帶動創業就業的數量，預計未來3年將創造就業崗位的數量規模
  10分
  分

  2.項目的社會貢獻，帶動當地產業發展、資源利用、民族文化傳承，帶動特殊群體或困難群體就業創業，促進建檔立卡困難家庭和群眾增收
  10分

  3.促進節能減排、環境保護、推動綠色發展
  5分

  項目
團隊
20分
  1.項目第一創始人的素質、能力、背景和經歷
  5分
  分

  2.團隊其他成員配備的科學性、完整性和互補性
  5分

  3.團隊的整體運營能力和執行能力
  5分

  4.團隊股權結構合理性和是否建立了員工激勵機制
  5分

  發展現
狀及前
景
30分
  1.項目是否具有廣闊的市場前景，具備大范圍占據市場的可行性和條件
  5分
  分

  2.項目可持續發展的能力，及能創造的經濟價值
  5分

  3.項目運營現狀和，已取得的進展和成績
  10分

  4.項目財務狀況、融資狀況
  10分

  總分

  100分
  分

                    第三屆“中國創翼”創業創新大賽評委打分表
（專項賽）

指標
描述
各項
滿分
評委
打分

  創新性
25分
  1.技術和產品具有原創性、創新性
  10分
  分

  2.技術和產品具有行業領先性或取得了專利等知識產權成果，能填補國內外空白，項目在某個行業或領域具有示范性和引領性
  5分

  3.項目商業模式具有創新性、項目管理和服務方式具有創新性
  10分

  社會
價值
25分
  1.項目直接帶動就業崗位的數量(簽訂勞動合同、繳納社保證明)，間接帶動創業就業的數量，預計未來3年將創造就業崗位的數量規模
  10分
  分

  2.項目的社會貢獻，帶動當地產業發展、資源利用、民族文化傳承，帶動特殊群體或困難群體就業創業，促進建檔立卡困難家庭和群眾增收等
  10分

  3.促進節能減排、環境保護、推動綠色發展
  5分

  項目
團隊
20分
  1.項目第一創始人的素質、能力、背景和經歷
  10分
  分

  2.團隊其他成員配備的科學性、完整性和互補性
  5分

  3.團隊的整體運營能力和執行能力
  5分

  發展現
狀和前
景
30分
  1.項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.項目可持續發展的能力，及經濟價值
  10分

  3.項目運營現狀和財務狀況，取得的進展和成績
  10分

  總分

  100分
  分

【打分規則】評委打分保留小數點后兩位。

【總分區間】優：90分及以上；良：80~90分；中：70~80分；差：70分以下
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