科研資訊

中國科研人員構(gòu)建類生命視覺感知成像系統(tǒng)

中國科學(xué)院沈陽自動化研究所（以下簡稱沈陽自動化所）類生命機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合清華大學(xué)和香港大學(xué)團(tuán)隊(duì)，利用生物光敏感元件和類生命光電晶體管構(gòu)建了類生命視覺感知成像系統(tǒng)。相關(guān)研究成果2021年1月30日在線發(fā)表于《生物傳感器和生物電子學(xué)》。

科研人員通過在普通人胚胎腎上皮細(xì)胞（HEK293）異源表達(dá)光敏感跨膜離子通道蛋白（ChR2）獲得了作為生物光敏感元件的光遺傳工程化細(xì)胞，其光感知過程與人眼視網(wǎng)膜受體感知光子的原理相似，即光誘導(dǎo)離子通道打開進(jìn)而促使細(xì)胞去極化，并產(chǎn)生生物電信號。為檢測微弱的生物電信號，科研人員選擇石墨烯這一具備高載流子遷移率的生物兼容性材料，構(gòu)建了無損、高通量的工程化細(xì)胞和機(jī)電系統(tǒng)的物理融合和信息檢測接口。

論文第一作者、沈陽自動化所博士研究生楊佳表示，光遺傳工程化細(xì)胞起到了晶體管柵極的作用，其光門控作用可調(diào)控單層石墨烯溝道的電導(dǎo)特性；石墨烯將生物細(xì)胞光誘導(dǎo)跨膜電流進(jìn)行耦合并轉(zhuǎn)換為晶體管器件的電流輸出，該輸出電流可以反過來表征光強(qiáng)信息。

該研究證明了直接利用生命材料進(jìn)行視覺感知的可能性，也為研發(fā)具有高性能和良好生物兼容性的新型視覺假體提供了新思路和新方法。“類生命機(jī)器人的研究理念和設(shè)計(jì)是傳統(tǒng)仿生學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，未來仿生學(xué)的研究將不限于對生物形態(tài)和功能的模仿，還將通過生命材料與機(jī)電系統(tǒng)的深度融合，充分利用生命系統(tǒng)固有的功能優(yōu)勢。”沈陽自動化所研究員劉連慶表示。

比利時(shí)科學(xué)家研發(fā)分子級檢測的最小生物傳感器

2020年12月底，比利時(shí)微電子研究中心（interuniversity microelectronics centre，IMEC）展示了采用硅FinFET（鰭式場效應(yīng)晶體管）工藝的最小生物傳感器。

得益于高集成度和低成本潛力，F(xiàn)ET（場效應(yīng)晶體管）引起了生物傳感（例如DNA、蛋白質(zhì)、病毒檢測及pH傳感等）應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛興趣。當(dāng)生物分子與柵極的化學(xué)修飾介電表面結(jié)合時(shí)，F(xiàn)ET閾值電壓發(fā)生變化，產(chǎn)生可測量信號。

優(yōu)化后的FinFET器件長度減小到50納米，證實(shí)了其對納米級FinFET表面數(shù)十個(gè)DNA分子的強(qiáng)大檢測能力。該研究中心預(yù)測，基于實(shí)驗(yàn)和模擬，在小于70納米的FinFET中，實(shí)現(xiàn)信噪比（SNR）大于5的單分子檢測是可能的。

美國科研小組研制新型生物傳感器，可快速檢測新冠病毒蛋白和抗體

華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究所所長大衛(wèi)·貝克教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在2021年1月28日出版的《自然》雜志發(fā)表文章，宣布設(shè)計(jì)出兩款基于病毒蛋白的生物傳感器，這一突破有望實(shí)現(xiàn)更快、更廣泛的新冠病毒檢測。

該研究小組所設(shè)計(jì)的生物傳感器可識別病毒表面的特定分子并與之結(jié)合，然后通過生化反應(yīng)發(fā)光。

抗體測試可以揭示某人此前是否感染過新冠病毒，科學(xué)家們用此來追蹤新冠肺炎的傳播情況，但這種測試也需要復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。

鑒于此，該研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了另一款生物傳感器，當(dāng)與新冠病毒抗體混合時(shí)，這款傳感器也會發(fā)光。而且，這款傳感器不會對血液中的其他抗體——包括針對其他病毒的抗體產(chǎn)生反應(yīng)，這對于避免假陽性非常重要。

貝克教授說：“我們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室證明，這些新傳感器可以輕而易舉地檢測到模擬鼻腔液或血清樣本中的病毒蛋白或抗體，接下來，我們將證明他們是否能可靠地用于診斷環(huán)境。”

研究小組還表示，除用于檢測新冠病毒外，這些生物傳感器還可用于檢測其他人類蛋白，如Her2（某些乳腺癌的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)）和Bcl-2（在淋巴瘤和其他一些癌癥中具有臨床意義），以及針對乙肝的細(xì)菌毒素和抗體病毒等。

中科院大連化物所研制多款現(xiàn)場高通量安檢新設(shè)備

中科院大連化學(xué)物理研究所研究員李海洋團(tuán)隊(duì)研制出多款用于現(xiàn)場高通量安全檢查的新型設(shè)備，包括便攜式痕量爆炸物檢測儀、通道式痕量爆炸物自動檢測儀和電池手機(jī)安全性檢測儀，春節(jié)前夕已在遼寧省大連市的地鐵、高鐵站、機(jī)場示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對疑似爆炸物包裹的快速分析排查和有效探爆，為公共安全風(fēng)險(xiǎn)防控的現(xiàn)場快速處置提供了技術(shù)支撐。

便攜式爆炸物檢測儀基于創(chuàng)新性的快速正負(fù)切換雙模式的高分辨離子遷移譜技術(shù)，將爆炸物的檢測種類從10種擴(kuò)大至21種，針對春節(jié)期間違禁攜帶煙花爆竹案例增多的隱患，實(shí)現(xiàn)了對黑火藥、鞭炮、新型過氧化物爆炸物的快速安檢，檢測靈敏度可達(dá)1納克（TNT），最快檢出報(bào)警時(shí)間僅為2秒。通道式痕量爆炸物自動檢測儀采用了犬式嗅探的大流量采樣富集技術(shù)和閃爍熱解析技術(shù)，自動采集行李包裹攜帶的違禁爆炸物樣品，并進(jìn)行分析和報(bào)警，解決了手動安檢費(fèi)時(shí)費(fèi)力、自動化程度低、對爆炸物檢出率和誤報(bào)率差等問題。電池手機(jī)安全性檢測儀是新型的檢測設(shè)備，針對國內(nèi)外電池和手機(jī)爆炸的問題，采用高靈敏離子遷移譜和熱成像技術(shù)，通過對電池泄露的痕量有害物質(zhì)檢測和手機(jī)表面熱力分布的綜合探測，實(shí)現(xiàn)對偽裝的電池手機(jī)炸彈和危險(xiǎn)性高的電池手機(jī)的識別判斷。

iWood木材智能識別系統(tǒng)發(fā)布并上線

2021年2月9日，中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所（以下簡稱中國林科院木工所）發(fā)布iWood ——木材智能識別系統(tǒng)，宣布系統(tǒng)正式上線。這標(biāo)志著我國在木材自動化、智能化鑒別領(lǐng)域邁入新的發(fā)展階段，有助于推動木材圖像智能識別方法體系的建立，為木材自動精準(zhǔn)鑒別提供核心技術(shù)手段。

中國林科院木工所木材構(gòu)造與利用研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人殷亞方研究員介紹，系統(tǒng)由木材構(gòu)造圖像采集裝置和木材樹種識別軟件構(gòu)成，依托我國館藏量最大的中國林科院木材標(biāo)本館，通過構(gòu)建木材構(gòu)造圖像特征數(shù)據(jù)庫及內(nèi)嵌深度學(xué)習(xí)圖像識別模型，成功實(shí)現(xiàn)木材“種”水平的快速自動鑒別。該系統(tǒng)曾獲國家發(fā)明專利、軟件著作權(quán)和注冊商標(biāo)等知識產(chǎn)權(quán)6項(xiàng)，擁有強(qiáng)大的木材標(biāo)本數(shù)據(jù)平臺支撐及識別樹種規(guī)模化擴(kuò)展等優(yōu)勢。

目前，該系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)紫檀屬、黃檀屬等我國常見貿(mào)易瀕危珍稀木材的智能鑒別，能實(shí)時(shí)采集高分辨率木材構(gòu)造圖像，最大可為4000像素×3000像素，并可進(jìn)行自動批量化標(biāo)注與數(shù)據(jù)集管理，適用于木材標(biāo)本數(shù)字化建設(shè)。

該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于海關(guān)口岸、木材貿(mào)易現(xiàn)場、教學(xué)科研、技術(shù)培訓(xùn)、專業(yè)檢測實(shí)驗(yàn)室等不同場景；可滿足我國在打擊野生植物非法貿(mào)易、增強(qiáng)CITES（《瀕危野生動植物種國際貿(mào)易公約》）履約能力以及提升木材產(chǎn)業(yè)鏈監(jiān)管水平等方面的迫切需求，為政府決策、履約執(zhí)法和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力的科技支撐。