藍(lán)藻水華的爆發(fā)長期以來無法得到有效控制，一旦到爆發(fā)，湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)將遭受嚴(yán)重破壞，其分泌的微囊藻毒素(MC-LR)更是一種劇毒物質(zhì)，將會對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，報道了團(tuán)隊研制的超高靈敏度半導(dǎo)體光電生物傳感器。

課題組針對這一問題研究開發(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)計的傳感器檢測上限達(dá)到4.191×10-8 μg/L，是現(xiàn)有文獻(xiàn)報道中針對MC-LR檢測靈敏度最高的傳感器。比行業(yè)標(biāo)桿美國Luminex公司的商用MC-LR檢測傳感器靈敏度高兩個數(shù)量級。

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

據(jù)統(tǒng)計，單是太湖一例，從2007年藍(lán)藻大爆發(fā)開始已經(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)藻緩慢生長的初級階段進(jìn)行，一旦其進(jìn)入指數(shù)生長期便難以控制。因此，開發(fā)超高靈敏度MC-LR檢測傳感器，實現(xiàn)對藍(lán)藻緩慢生長期的探測具有至關(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)素所對應(yīng)的DNA適配體后，仍然可以實現(xiàn)對上述三種物質(zhì)的超高靈敏檢測。研究結(jié)果進(jìn)一步證實了BiVO4/2D-C3N4/DNA適配體半導(dǎo)體光電生物傳感器具有普適性，未來可期在多種環(huán)境污染物檢測、腫瘤標(biāo)志物檢測和醫(yī)學(xué)無創(chuàng)檢測等超痕量檢測領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

從對比青海湖、太湖、巢湖、滇池水樣中的MC-LR檢測結(jié)果來看，團(tuán)隊設(shè)計的傳感器與第三方檢測機(jī)構(gòu)采用的商用設(shè)備測試結(jié)果一致，并且首次在清澈的青海湖中檢測到MC-LR，之前未見報道過在可觀測到微量藍(lán)藻的青海湖中檢測出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)域的國際頂級期刊發(fā)表研究成果。論文作者李陽博士，通訊作者補(bǔ)鈺煜副教授和戴顯英教授。