生物电细菌驱动传感器实时检测水污染物

合成生物学与电气工程相结合，创造了一种小型生物电传感器，可以在几分钟内感知水污染物。

该传感器目前处于原型阶段，尚未投入商业生产，但已用于在2分钟内检测已知会导致藻华的硫代硫酸盐，并在3分钟内检测内分泌干扰物4-羟他莫西芬(4-HT)。

对这些环境污染物以及硝酸盐和磷酸盐等其他污染物的检测方法确实存在。其中包括质谱分析和其他类型的分析，但可能需要很长时间，需要复杂的仪器和实验室样品制备。

他说:“我们认为，知道有不好的事情正在发生并迅速进行干预的能力是非常关键的。卡洛琳Ajo-Franklin他是莱斯大学(Rice University)教授，也是这项研究的联合负责人。许多其他生物传感器使用颜色或荧光作为一种信号，表明感兴趣的化学物质存在。“问题是很多环境都是不透明的，你不能使用光学读数，”Ajo-Franklin解释道。

团队设计大肠杆菌产生电流:当有关化学物质存在时产生电流同样在莱斯大学的联合首席研究员乔纳森·西尔伯格(Jonathan Silberg)将其描述为有点像一根电线，它通常引导电子从细胞化学物质流向电极，但目前在中间断裂了。当污染物与细菌接触时，导线重新连接通路，产生电信号。

的大肠杆菌在原型中有一个模块化的合成电子传递链。一个关键因素是，这条链可以被修改以感知不同的化学物质。在这项研究中，检测到了一种硫酸盐和一种内分泌干扰物，但研究人员计划在未来扩大传感器的范围，覆盖其他污染物。

Ajo-Franklin描述他们的原型在形状和大小上看起来有点像冰球。“我们已经开发了一些方法，从物理上确保设备中的所有细菌都留在设备内。这是真正能够将其应用到环境中的关键部分。”

虽然当前版本的传感器是一种可以在现场使用的手持设备，但该团队希望创造一种可以留在水中进行遥感的设备。

生物电子学专家汤姆Zajdel卡内基梅隆大学的研究人员也认为，长期放置这些设备是理想的。他补充说，这种传感器的优点是不需要大量电力就能运行，但他警告说，“我认为传感器的寿命是最大的挑战，也是最大的未知。”

莱斯大学的研究小组现在正计划改进和扩大他们的传感器的能力。他们这样做的一种方法是探索同时检测多种化学物质的潜力。“我们正在考虑以两种不同的方式实现多元化。一种是空间上的，另一种是基于具有不同氧化还原电位的不同电子转移路径的多路复用，”Ajo-Franklin解释道。

研究人员还想探索是否可以在其他微生物中设计类似的电子传递链，例如那些能够生活在盐或微咸水中的微生物大肠杆菌并不适用于测试所有类型的水样。