我國(guó)是生物傳感器研究大國(guó)

有人把21世紀(jì)稱為生命科學(xué)的世紀(jì)，也有人把21世紀(jì)稱為信息科學(xué)的世紀(jì)。生物傳感器正是由生命科學(xué)和信息科學(xué)集成發(fā)展起來(lái)的一門(mén)交叉學(xué)科。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，生物傳感器已經(jīng)成為一個(gè)涉及內(nèi)容廣泛、多學(xué)科介入交叉并且充滿創(chuàng)新活力的科技領(lǐng)域。

與傳統(tǒng)的分析儀器不同，生物傳感器以生物活性材料如酶、抗原、細(xì)胞等為感知元件，通過(guò)物理化學(xué)換能器，將生物反應(yīng)的信息轉(zhuǎn)化成可定量識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。生物傳感器具備特異性好、靈敏度高、可操作性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)、食品分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)過(guò)程檢測(cè)控制等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用空間。

據(jù)生物傳感器領(lǐng)域的權(quán)威雜志統(tǒng)計(jì)，2008年中國(guó)第一次取代了美國(guó)，成為該雜志發(fā)表論文數(shù)量最多的國(guó)家，目前在數(shù)量和質(zhì)量上仍然呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。應(yīng)該說(shuō)，我國(guó)是生物傳感技術(shù)研究大國(guó)，具有國(guó)際先進(jìn)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和技術(shù)基礎(chǔ)，在生物傳感器新原理、新方法和新結(jié)構(gòu)方面已取得一系列國(guó)際先進(jìn)或國(guó)際領(lǐng)先的科研成果，但研究成果向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化進(jìn)程還比較緩慢。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年全球生物傳感器市場(chǎng)銷(xiāo)售額突破了100億美元，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到225億美元。其中臨床檢驗(yàn)占44.9%，家庭診斷20.2%，環(huán)境監(jiān)測(cè)14.3%，實(shí)驗(yàn)室10.7%，工業(yè)過(guò)程6.6%，生化反恐3.3%。但我國(guó)目前生物傳感器產(chǎn)品的國(guó)際市場(chǎng)份額不到10%。

山東工業(yè)生物傳感器技術(shù)應(yīng)用異軍突起

在國(guó)家和山東省科技計(jì)劃的持續(xù)支持下，山東省科學(xué)院生物研究所在菱花集團(tuán)將生物傳感器在線檢測(cè)系統(tǒng)與發(fā)酵罐連接，對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行在線檢測(cè)和工藝優(yōu)化。當(dāng)培養(yǎng)液中殘?zhí)菨舛冉抵?0.0g/L時(shí)開(kāi)始流加補(bǔ)料，通過(guò)調(diào)節(jié)流加速率分別控制培養(yǎng)液中殘?zhí)菨舛取＠猛L(fēng)和攪拌控制溶氧為最適溶氧，控制乳酸產(chǎn)生。根據(jù)谷氨酸濃度和殘?zhí)菨舛茸兓_定發(fā)酵終點(diǎn)。通過(guò)以上研究確定溫敏型谷氨酸產(chǎn)生菌培養(yǎng)的最佳工藝，培養(yǎng)32h后谷氨酸濃度高達(dá)190g/L以上，葡萄糖谷氨酸轉(zhuǎn)化率高達(dá)69%以上。

山東省科學(xué)院生物研究所多年來(lái)從事工業(yè)生物傳感器的研究和應(yīng)用，是我國(guó)唯一實(shí)現(xiàn)生物傳感器產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的科研單位，先后研制出葡萄糖、還原糖、乳酸等多種生化分析傳感器，建立了生物傳感器在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)方法、操作規(guī)程、配套試劑及培訓(xùn)服務(wù)體系，產(chǎn)品占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)95%以上（其余5%為進(jìn)口產(chǎn)品）。其研制的生物傳感器廣泛應(yīng)用于食品、發(fā)酵、醫(yī)藥等行業(yè)，累計(jì)服務(wù)國(guó)內(nèi)企事業(yè)單位2000余家，占據(jù)中國(guó)工業(yè)生物傳感器應(yīng)用市場(chǎng)的90%以上。其中，技術(shù)成果先后在氨基酸、有機(jī)酸和淀粉糖領(lǐng)域示范推廣應(yīng)用，綜合經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益達(dá)100億元以上。

組建協(xié)同創(chuàng)新體系迫在眉睫

山東省科學(xué)院生物研究所所長(zhǎng)史建國(guó)接受記者采訪時(shí)認(rèn)為，中國(guó)擁有國(guó)際上最大的工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)，這為生物傳感器的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間。經(jīng)過(guò)過(guò)去30多年的積累，我國(guó)相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)在各自關(guān)注的領(lǐng)域作出了大量卓有成效的研究開(kāi)發(fā)工作，現(xiàn)在是到了聯(lián)合起來(lái)的時(shí)候，組建跨部門(mén)、跨行業(yè)、跨區(qū)域的生物傳感器創(chuàng)新體系已經(jīng)迫在眉睫。為此，山東省科學(xué)院生物研究所正在著手籌建中國(guó)生物傳感器技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟。

史建國(guó)認(rèn)為，我國(guó)生物傳感器產(chǎn)業(yè)目前急需重點(diǎn)開(kāi)展三個(gè)方面的工作：一是開(kāi)發(fā)新的酶分子元件，增加生物傳感器檢測(cè)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種代謝產(chǎn)物的檢測(cè)；二是將生物傳感器與物理、化學(xué)傳感器融合，研發(fā)多傳感器分析模塊，建立工業(yè)生物過(guò)程的在線檢測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)；三是生物傳感器與信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建新型的智能化工業(yè)生物過(guò)程控制與運(yùn)行模式。