藍(lán)藻水華的爆發(fā)長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法得到有效控制，一旦到爆發(fā)，湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)將遭受?chē)?yán)重破壞，其分泌的微囊藻毒素(MC-LR)更是一種劇毒物質(zhì)，將會(huì)對(duì)生命體造成不可逆的損傷。近日，西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院敖金平教授團(tuán)隊(duì)在《生物傳感器與生物電子學(xué)》(Biosensors and Bioelectronics)上發(fā)表研究成果，報(bào)道了團(tuán)隊(duì)研制的超高靈敏度半導(dǎo)體光電生物傳感器。

課題組針對(duì)這一問(wèn)題研究開(kāi)發(fā)了一款基于BiVO4/2D-C3N4/DNA適配體半導(dǎo)體光電生物傳感器，所設(shè)計(jì)的傳感器檢測(cè)上限達(dá)到4.191×10-8 μg/L，是現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道中針對(duì)MC-LR檢測(cè)靈敏度最高的傳感器。比行業(yè)標(biāo)桿美國(guó)Luminex公司的商用MC-LR檢測(cè)傳感器靈敏度高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

Fig.1. the significance of the blue-green algae detection and crubing in the slow growth stage.

據(jù)統(tǒng)計(jì)，單是太湖一例，從2007年藍(lán)藻大爆發(fā)開(kāi)始已經(jīng)陸續(xù)投入500億治理，到目前依然收效甚微。要想有效控制藍(lán)藻水華的爆發(fā)，需要在藍(lán)藻緩慢生長(zhǎng)的初級(jí)階段進(jìn)行，一旦其進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期便難以控制。因此，開(kāi)發(fā)超高靈敏度MC-LR檢測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)藻緩慢生長(zhǎng)期的探測(cè)具有至關(guān)重要的作用。

研究發(fā)現(xiàn)該傳感器在更換Hg2+、多巴胺、四環(huán)素所對(duì)應(yīng)的DNA適配體后，仍然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述三種物質(zhì)的超高靈敏檢測(cè)。研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了BiVO4/2D-C3N4/DNA適配體半導(dǎo)體光電生物傳感器具有普適性，未來(lái)可期在多種環(huán)境污染物檢測(cè)、腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)和醫(yī)學(xué)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)等超痕量檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

從對(duì)比青海湖、太湖、巢湖、滇池水樣中的MC-LR檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的傳感器與第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)采用的商用設(shè)備測(cè)試結(jié)果一致，并且首次在清澈的青海湖中檢測(cè)到MC-LR，之前未見(jiàn)報(bào)道過(guò)在可觀測(cè)到微量藍(lán)藻的青海湖中檢測(cè)出MC-LR。結(jié)果表明，廣泛應(yīng)用的可行性得到認(rèn)證。該研究成果由敖金平教授、補(bǔ)鈺煜副教授課題組與戴顯英教授課題組合作完成，也是西電首次在生物傳感器和生物電子器件領(lǐng)域的國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表研究成果。論文作者李陽(yáng)博士，通訊作者補(bǔ)鈺煜副教授和戴顯英教授。