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石墨烯生物传感器：【综述】石墨烯生物传感器：病原体的检测

原标题：【综述】石墨烯生物传感器：病原体的检测

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今年以来，新冠肺炎（COVID-19）疫情在全球范围迅速蔓延，虽然在中国已得到了有效控制，但在北美和东南亚国家仍然十分严重，并呈现控制-反弹现象。这对全人类的身心健康、社会秩序、经济发展带来了严重影响。截至北京时间7月30日，据世界卫生组织发布的实时统计数据，全球累计新冠肺炎确诊病例超过1655万例，死亡人数达65万，并且这些数据仍在不断攀升。在控制病原体引发的流行病传播过程中，能否在第一时间实现高效检测和有效隔离是阻止疫情扩散的关键。因此，针对病原体（细菌、病毒等）发展有力的检测技术显得十分重要。

随着纳米科学和纳米技术的快速发展，利用纳米材料辅助生物传感器以提升检测性能备受关注。纳米石墨烯具有优良的光、电理化特性，在过去的十多年中，基于石墨烯的光学、电化学生物传感器得到了大力发展。石墨烯生物传感器具有检测对象广、功能可调、信号转换方便、灵敏度高等优势，在病原体检测方面已被逐渐研究和报道。其传感原理和相关技术在其它类型生物传感器的构建中亦可借鉴。

近日， 湘潭大学环境与资源学院 冯波教授团队和 长沙理工大学化学与食品工程学院 卿志和副教授，基于其在生化传感方面的研究基础，针对石墨烯生物传感器在病原体检测方面的研究进展，在国际生物传感领域顶级期刊 Biosensors and Bioelectronics(IF: 10.257) 上发表了题为“ Graphene biosensors for bacterial and viral pathogens”的综述文章。该综述总结了 用于病原体（细菌和病毒）检测的石墨烯生物传感器的发展，主要包括纳米石墨烯材料的制备、性质和生物功能化修饰，以及石墨烯生物传感器的构建及其工作机理、检测性能等，并讨论了该领域目前面临的的挑战以及未来的发展方向，以促进病原体高效检测技术的发展。

图1、石墨烯生物传感器的功能化及其对病原体的检测技术。

该工作得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省教育厅研究基金的资助。文章第一作者为湘潭大学研究生 蒋子欣，通讯作者为湘潭大学 冯波教授、 卿太平博士，以及长沙理工大学 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.

导师介绍

卿志和

冯波

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石墨烯生物传感器：国外研究人员研发石墨烯生物传感器监控食品的新鲜度和安全性

　　6月29日消息，据外媒报道，国外研究人员将他们新的打印传感器浸入金枪鱼肉汤中，观察读数。结果证明，用高分辨率的气溶胶喷射打印机在柔性聚合物膜上打印并经过调整以测试组胺、变应原和变质的鱼和肉的指示剂的传感器，可以检测到百万分之3.41的组胺。
究人员正在使用气溶胶喷射印刷技术来创建这些石墨烯生物传感器，这些传感器可以检测出组胺，一种变应原和变质的鱼和肉的指示剂。
　　美国食品和药物管理局（US Food and Drug Administration）已将鱼类中的组胺标准设定为百万分之50，使传感器的灵敏度足以跟踪食品的新鲜度和安全性。
　　使传感器技术成为可能的是石墨烯，这是一种碳蜂窝，只是一个原子厚的超级材料，并且以强度、导电性、柔韧性和生物相容性着称。使石墨烯在一次性食品安全传感器上实用是一种低成本的气溶胶喷射印刷技术，其精确度足以创建电化学传感器检测小分子（例如组胺）所需的高分辨率电极。
　　爱荷华州立大学机械工程学副教授、该研究项目的负责人之一乔纳森·克劳森说：“这一高分辨率至关重要，一般来说，我们越靠近这些电极指，这些生物传感器的灵敏度就越高。”
　　克劳森和其他项目负责人-爱荷华州立大学机械工程副教授卡门·戈麦斯（Carmen Gomes）、美国伊利诺伊州埃文斯顿市西北大学材料科学与工程学教授Walter P. Murphy和Mark Hersam最近在《2-D Materials》杂志在线发表的一篇论文中报道了他们的传感器发现。美国国家科学基金会、美国农业部、空军研究实验室和美国国家标准与技术研究院均对该项目提供了支持。
　　该论文描述了如何将石墨烯电极以气溶胶方式印刷在柔性聚合物上，然后通过将组胺抗体与石墨烯化学结合而转变为组胺传感器。
　　Gomes说，组胺会阻止电子转移并增加电阻，电阻的变化可以由传感器测量和记录。这种组胺传感器不仅适用于鱼类，因为食物中的细菌会产生组胺，因此，它可以很好地表明食物的保质期。”
　　研究人员认为，该概念也可以检测其他种类的分子。他们在文章中写道：“除了这里介绍的组胺案例研究之外，（气溶胶喷射印刷）和功能化过程可能还可以推广到各种传感应用，包括环境毒素检测、食源性病原体检测、可穿戴健康监测和健康诊断。”
　　研究人员写道，例如，通过切换与打印传感器相连的抗体，它们可以检测沙门氏菌、癌症或禽流感等动物疾病。
　　克劳森（Claussen）、赫尔萨姆（Hersam）和其他合作者（请参见侧栏）通过修改气溶胶喷射印刷的传感器以检测细胞因子或炎症标记物，证明了该技术的广泛应用。ACS Applied Materials＆Interfaces最近发表的一篇论文中报道了这些传感器，它们可以监测牛的免疫系统功能，并在早期检测出致命的和传染性的副结核病。
　　从事印刷石墨烯研究已有多年的克劳森说，这些传感器的另一个特点是使其非常有用：它们不需要花费很多钱，并且可以扩大规模以进行大规模生产。
　　克劳森（Claussen）和戈麦斯（Gomes）对食品行业以及食品安全测试有一定的了解。克劳森（Claussen）是纳米科技公司（NanoSpy Inc.）的首席科学官，戈麦斯（Gomes）是爱荷华州立大学研究园的一家新兴公司，向食品加工公司出售生物传感器，是一家新兴公司。
　　他们说，该公司正在获得这项新的组胺和细胞因子传感器技术的许可，毕竟，这是他们在商用传感器中寻找的东西，这是一个廉价、可扩展的生物传感器平台。
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石墨烯生物传感器：新冠还是流感？科学家们正开发石墨烯生物传感器：可灵敏分辨几分钟出结果

发烧，咳嗽，疲劳，头痛，喉咙痛……所有这些都是新冠肺炎的典型症状。但与此同时，它们也与季节性流感的许多常见症状相吻合。
尽管症状并不完全相同，但是相似之处可能使区分疾病变得难以诊断。专家担心，流感季节和新冠大流行的空前结合，将给已经在应对短缺的医疗系统带来更多挑战。
面对这些即将到来的挑战，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员正在开发一种传感器，该传感器可以通过同时测试一个人来区分Covid-19和流感。
这项研究是由美国国家科学基金会（National Science Foundation）提供的资金资助的，目的是在流感季节袭来之时，紧急推出该项目，以使公众健康受益。
该传感器是由石墨烯制成的，体积很小，仅相当于微型SD卡的尺寸。研究人员开发了这种尺寸的传感器，因此可以通过笔记本电脑或手机读取结果。
以前，该团队合作开发了一种基于石墨烯的生物传感器，该传感器通过确定蛋白质铁蛋白的存在来识别儿童中铁的缺乏，铁蛋白是细胞中铁的主要来源。
“要使这种设备对特定的生物分子（例如铁蛋白）敏感，我们需要通过向石墨烯中‘注入’抗体来使其功能化，” Akinwande说。
新型传感器与铁蛋白传感器相似，不同之处在于它不具有铁蛋白抗体功能，而是具有两个石墨烯通道：一个被Covid-19抗体功能化，另一个被流感抗体功能化。在存在抗体的情况下，石墨烯的电导率将发生变化，然后可以通过笔记本电脑或手机读取。他们希望传感器的诊断结果将在“几分钟内”提供。
因为测试是在家里进行的，所以研究人员认为通过分析唾液样本最容易进行测试。但是，他们也正在考虑对汗液样本或鼻拭子进行测试。
目前，研究人员正专注于测试传感器以确保准确的结果。

石墨烯生物传感器：石墨烯基生物传感器的开发与产业化

石墨烯基生物传感器的开发与产业化

2020-10-23 17:38:01
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关注项目

创始人姓名
于葛亮

性别
男

项目名称
石墨烯基生物传感器的开发与产业化

项目阶段
种子轮

项目领域
新材料新能源

所属地区
江苏

主创类型
留学归国人员

项目简介
开发石墨烯基生物微电子传感器，为环境检测、基础医学研究及临床诊断找到一种快速简便的新型方法和产品。公司核心团队成员在石墨烯二维材料研发、改性，半导体光刻工艺开发，二维材料传感器MEMS 加工等方面实战经验丰富，同时依托英国国家石墨烯研究院的石墨烯研究技术以及南京大学国家微结构重点实验室先进的科研能力，我们可以完全自主进行材料制备、优化，传感器结构设计等实现石墨烯基二维材料的最佳检测能力，开发具有各种用途的，高效的石墨烯基功能化传感器。同时拥有国际一流的器件加工设备和超静实验环境，主营二维材料制备、功能化石墨烯等二维材料，以及基于二维材料的半导体芯片研发，正服务于科研单位、高校及研发公司等。

团队介绍
公司核心团队在石墨烯以及微纳加工领域具有丰富的经验和坚实的工作基础。项目负责人为南京大学教授于葛亮博士，英国曼彻斯特大学毕业，南京大学教授，师从石墨烯诺奖得主康斯坦丁教授和盖姆教授，在石墨烯领域的产学研方面有领先的实力和资源。王扬华工程师，合肥工业大学电子科学专业毕业，在无锡华润上华等半导体公司工作多年，在半导体光刻及腐蚀工序的工艺开发等方面技术先进。周旭波工程师，合肥工业大学微电子专业毕业，在无锡华润上华、微奥等公司负责光刻、MEMS热电工艺研发工作也积累了丰富的实践经验。

运营现状
公司自19年7月正式运营以来，已累计实现超300万的销售额。主要经营的产品包括石墨烯基薄膜、石墨烯基异质结、金属电极、石墨烯基场效应传感器。已开展合作的高校和公司主要有：南京大学、上海科技大学、中北大学、武汉理工大学、上海理工大学、无锡华鑫检测技术有限公司、上海宸安生物科技有限公司、上海君万微电子科技有限公司、美新半导体（无锡）有限公司等。依托无锡惠山创业中心的大力支持，先后入选无锡惠山区“先锋英才计划”和无锡市“太湖人才”计划。同时人员队伍也在不断壮大，随着石墨烯产品产业化加速，公司利用技术领先优势，研发的二维材料以及器件可快速推向市场，可在一段时间内持续获得可观的市场份额。

                    第三届“中国创翼”创业创新大赛评委打分表
（主体赛创新组）

指标
描述
各项
满分
评委
打分

  创新性
25分
  1.技术和产品具有原创性、创新性
  10分
  分

  2.技术和产品具有行业领先性或取得了专利等知识产权成果，能填补国内外空白，项目在某个行业或领域具有示范性和引领性
  5分

  3.项目商业模式具有可行性、创新性，项目管理和服务方式具有创新性
  10分

  社会
价值
25分
  1.项目直接带动就业岗位的数量(签订劳动合同、缴纳社保证明)，间接带动创业就业的数量，预计未来3年将创造就业岗位的数量规模
  10分
  分

  2.项目的社会贡献，带动当地产业发展、资源利用、民族文化传承，带动特殊群体或困难群体就业创业，促进建档立卡困难家庭和群众增收
  10分

  3.促进节能减排、环境保护、推动绿色发展
  5分

  项目
团队
25分
  1.项目第一创始人的素质、能力、背景和经历
  10分
  分

  2.团队其他成员配备的科学性、完整性和互补性
  10分

  3.团队的整体运营能力和执行能力
  5分

  市场及
发展前
景
25分
  1.项目是否具有广阔的市场前景，具备大范围占据市场的可行性和条件
  5分
  分

  2.项目可持续发展的能力，及能创造的经济价值
  10分

  3.项目运营现状和财务状况，已取得的进展和成绩
  10分

  总分

  100分
  分

                    第三届“中国创翼”创业创新大赛评委打分表
（主体赛创业组）

指标
描述
各项
满分
评委
打分

  创新性
25分
  1.技术和产品具有原创性、创新性
  10分
  分

  2.技术和产品具有行业领先性或取得了专利等知识产权成果，能填补国内外空白，项目在某个行业或领域具有示范性和引领性
  5分

  3.项目商业模式具有可行性、创新性，项目管理和服务方式具有创新性
  10分

  社会
价值
25分
  1.项目直接带动就业岗位的数量(签订劳动合同、缴纳社保证明)，间接带动创业就业的数量，预计未来3年将创造就业岗位的数量规模
  10分
  分

  2.项目的社会贡献，带动当地产业发展、资源利用、民族文化传承，带动特殊群体或困难群体就业创业，促进建档立卡困难家庭和群众增收
  10分

  3.促进节能减排、环境保护、推动绿色发展
  5分

  项目
团队
20分
  1.项目第一创始人的素质、能力、背景和经历
  5分
  分

  2.团队其他成员配备的科学性、完整性和互补性
  5分

  3.团队的整体运营能力和执行能力
  5分

  4.团队股权结构合理性和是否建立了员工激励机制
  5分

  发展现
状及前
景
30分
  1.项目是否具有广阔的市场前景，具备大范围占据市场的可行性和条件
  5分
  分

  2.项目可持续发展的能力，及能创造的经济价值
  5分

  3.项目运营现状和，已取得的进展和成绩
  10分

  4.项目财务状况、融资状况
  10分

  总分

  100分
  分

                    第三届“中国创翼”创业创新大赛评委打分表
（专项赛）

指标
描述
各项
满分
评委
打分

  创新性
25分
  1.技术和产品具有原创性、创新性
  10分
  分

  2.技术和产品具有行业领先性或取得了专利等知识产权成果，能填补国内外空白，项目在某个行业或领域具有示范性和引领性
  5分

  3.项目商业模式具有创新性、项目管理和服务方式具有创新性
  10分

  社会
价值
25分
  1.项目直接带动就业岗位的数量(签订劳动合同、缴纳社保证明)，间接带动创业就业的数量，预计未来3年将创造就业岗位的数量规模
  10分
  分

  2.项目的社会贡献，带动当地产业发展、资源利用、民族文化传承，带动特殊群体或困难群体就业创业，促进建档立卡困难家庭和群众增收等
  10分

  3.促进节能减排、环境保护、推动绿色发展
  5分

  项目
团队
20分
  1.项目第一创始人的素质、能力、背景和经历
  10分
  分

  2.团队其他成员配备的科学性、完整性和互补性
  5分

  3.团队的整体运营能力和执行能力
  5分

  发展现
状和前
景
30分
  1.项目是否具有广阔的市场前景，具备大范围推广的可行性和条件
  10分
  分

  2.项目可持续发展的能力，及经济价值
  10分

  3.项目运营现状和财务状况，取得的进展和成绩
  10分

  总分

  100分
  分

【打分规则】评委打分保留小数点后两位。

【总分区间】优：90分及以上；良：80~90分；中：70~80分；差：70分以下
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