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傳感新品

【廈門大學：研發(fā)新型酵母生物傳感器有望高效檢測病原真菌】

G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）是真核生物中最大、種類最多的膜受體之一。GPCR在人體視覺、嗅覺、味覺，以及激素和神經遞質的信號轉導中發(fā)揮著重要的生理功能，在細胞信號傳導以及免疫調節(jié)中也發(fā)揮著重要作用。利用GPCR構建的生物傳感器，可用于化學物質、細菌、病毒和疾病的檢測，且具有成本低、便攜等特性。

圖文無關

近日，廈門大學教授袁吉鋒團隊在一項最新研究中，增強了酵母生物傳感器在真菌檢測方面的性能。這種工程化酵母生物傳感器具有較好的靈敏度和信號輸出強度，為該類生物傳感器在公共衛(wèi)生領域的實際應用提供了新思路。相關研究成果發(fā)表在《生物傳感與生物電子》上。

基于釀酒酵母細胞構建生物傳感器

生物傳感器一般被認為是一種化學傳感設備和分析設備。袁吉鋒介紹，早期的生物傳感器主要由兩個部分構建，分別是生物元件和傳感器元件。生物元件可以是酶、抗體、核酸、細胞或仿生組織等，這些特定的生物元件可以識別特定的分析物；傳感器元件包括電流、電勢等，它們負責將生物分子的變化轉換為電信號。

“生物傳感器的廣泛開發(fā)與應用，主要歸功于生物元件對于其敏感的分析物具有很強的特異性，不會識別其他分析物。利用生物傳感器，可以快速、實時獲得有關分析物準確可靠的信息。”袁吉鋒說。

合成生物學的發(fā)展推動了細胞生物傳感器的開發(fā)。這種生物傳感器以活細胞為生物元件，基于活細胞受體檢測細胞內外的微環(huán)境狀況和生理參數(shù)的變化，并通過兩者之間的相互作用產生細胞信號轉導，進一步激活不同的信號輸出模塊，從而產生不同的信號。

袁吉鋒介紹，從本質上講，其他類型的生物傳感器使用的是從生物中提取出的生物元件。而基于活細胞的細胞生物傳感器是一種獨特的生物傳感器，它可以通過模擬細胞正常的生理生化變化來檢測信號。目前，這種生物傳感器已成為醫(yī)療診斷、環(huán)境分析、食品質量控制、化學制藥工業(yè)和藥物檢測領域的新興工具。

“用于構建細胞生物傳感器的生物元件包括細菌細胞、真菌細胞以及哺乳動物細胞。我們這次所構建的工程化酵母生物傳感器，正是基于釀酒酵母細胞所構建的真菌細胞傳感器。”袁吉鋒說，釀酒酵母細胞用于生物傳感器的構建，在細胞性能上具有優(yōu)勢。作為一種真核生物，釀酒酵母細胞與哺乳動物細胞的大多數(shù)細胞特征和分子機制一致，特別是與感知和響應環(huán)境刺激密切相關的GPCR信號通路具有極高的相似性；釀酒酵母是酵母物種中第一個基因組已完全測序的真核生物，并且遺傳修飾工具非常完備；釀酒酵母的培養(yǎng)條件簡易、培養(yǎng)成本低、生長速度快、溫度耐受范圍寬，可以通過冷凍或脫水等方式進行儲存和運輸，具有生物安全性。

可進一步設計改造成檢測試紙

基于工程化酵母細胞構建生物傳感器多年來一直是研究熱點。袁吉鋒團隊此次通過人工轉錄因子，將GPCR信號通路與高效基因轉錄模塊——半乳糖調控模塊進行耦合，在酵母生物傳感器中引入了一個額外的正反饋回路，以此來增強酵母生物傳感器的靈敏度和信號輸出強度。

袁吉鋒解釋說：“我們相當于設計了一種正反饋放大器，讓釀酒酵母細胞中GPCR在識別到白色念珠菌的信息素信號之后，不僅能通過人工轉錄因子激活下游信號報告模塊的表達，同時還能驅動半乳糖調控模塊自身的轉錄因子Gal4表達。兩個轉錄因子協(xié)同作用，就能持續(xù)激活和放大報告基因的輸出信號。”

數(shù)據(jù)顯示，相比于初始傳感器的性能，改造后的酵母生物傳感器的檢測限提升了4000倍，激活濃度提升了9700倍，信號輸出強度提升了近3倍，尤其是信號輸出的持續(xù)時間得到了明顯提升。初始傳感器在檢測使用2小時后就出現(xiàn)熒光信號的衰退，而改造后的傳感器在使用12小時后仍可產生明顯的熒光信號。

“此次構建的酵母生物傳感器，可以設計成一種簡單、低成本的檢測試紙，用于檢測醫(yī)療樣本或環(huán)境樣本中的病原真菌。”袁吉鋒介紹，只需將試紙浸入待檢測液體樣本中，即可實現(xiàn)對該樣本快速靈敏和可視化的檢測。

“釀酒酵母易于遺傳改造，且具有外源GPCR較好的兼容表達能力。因此，在進行GPCR識別受體的替換或改造后，有望制出高通量、多信號輸出的真菌檢測試紙，用于檢測食品真菌污染、人體病原真菌、植物致病真菌等。此外，這種酵母生物傳感器未來還可在更多領域發(fā)揮作用，比如食品質量控制、新藥研發(fā)等。”袁吉鋒說。

傳感動態(tài)

【重磅！現(xiàn)代和起亞宣布攜手KAIST開發(fā)激光雷達】

2024年2月21日，現(xiàn)代汽車公司和起亞汽車公司宣布，他們將與韓國頂尖大學KAIST(韓國科學技術院)合作，在韓國大田KAIST總部建立“現(xiàn)代汽車集團-KAIST片上激光雷達聯(lián)合實驗室”，開發(fā)用于高級自動駕駛汽車的激光雷達傳感器。

該聯(lián)合實驗室旨在開發(fā)高性能和小尺寸的片上傳感器制造技術和新的信號檢測技術，這對開發(fā)競爭日趨激烈的自動駕駛市場至關重要。

片上傳感器通過使用半導體技術來增加各種功能，可以使激光雷達做得比以前更小，并且可以通過使用半導體工藝的大規(guī)模生產來確保價格競爭力。

此外，當前的自動駕駛激光雷達主要通過測量發(fā)光和返回的時間來測量到物體的距離，而下一代信號檢測技術則采用了FMCW(調頻連續(xù)波)的方法發(fā)射頻率隨時間變化的光，并通過測量返回光之間的頻率差來檢測距離。

這種方法可以使信號的噪聲更少，并且可以計算與物體的相對速度，還可以排除陽光等外部光源的干擾，這在不利的天氣環(huán)境中相對有利。

聯(lián)合實驗室將由約30人組成，包括來自現(xiàn)代汽車公司和起亞先進技術研究所的研究團隊，以及來自電氣和電子工程學院的研究團隊，包括KAIST教授Kim Sang-hyun、Kim Sang-sik、Jung Wan-young和Hamza Kurt，實驗室將在2028年之前先運行四年。

【鴻海 50 周年：劉揚偉稱印度半導體封測廠持續(xù)推動中，泰國電動車廠準備接單】

2 月 20 日消息，2024 年是鴻海集團成立 50 周年，鴻海今日于臺北文華東方酒店舉行 50 周年慶祝晚宴，郭臺銘、劉揚偉，還有蘋果、英偉達、英特爾、AMD、Arm 等大客戶及重要供應鏈伙伴均有到場。

晚宴上，鴻海董事長劉揚偉針對鴻海在印度半導體布局的進度表示，與印度伙伴合資的半導體封測廠（OSAT）持續(xù)推動中。關于泰國電動車廠的進展，他表示已完成總裝工作，即將開始接受訂單。

鴻海上個月曾發(fā)布公告，宣布與印度 HCL 合作在印度設立專業(yè)封測代工廠 (OSAT)，鴻海借子公司 Foxconn Hon Hai Technology India Mega Development Private Limited 取得新設公司 40% 股權，出資 3720 萬美元（IT之家備注：當前約 2.68 億元人民幣）。

對于馬來西亞半導體布局的進度，劉揚偉表示：我覺得半導體是這樣的，大家聽到很多，由于芯片短缺，造成各國對半導體的芯片制造都非常積極，這種積極的熱度，我們要持續(xù)觀察，因為所有的上游的元件，都是要流到下游，才會變成有意義的，鴻海一直都是在做下游，所以對下游出海口是什么樣的情況，鴻海蠻清楚的，我們蠻納悶，這個世界會需要那么多的晶圓廠嗎? 這個我們現(xiàn)在還沒看清楚，也是會需要持續(xù)去關注。

【國產大底正在路上，豪威1 英寸鏡皇曝光！】

博主「數(shù)碼閑聊站」爆料，豪威新一代傳感器 OV50X 已在路上，采用 22nm 工藝，擁有 1 英寸超大底，是目前表現(xiàn)最好的國產傳感器，被稱之為「1 英寸鏡皇」。

據(jù)悉，OV50X 采用 LOFIC 技術，全稱是「Lateral Overflow lntegration Capacitor」，中文名為「橫向溢出集合電容」。

據(jù)了解，LOFIC 是一種技術路徑，它可以改變像素點的電路結構，從而提高傳感器的動態(tài)范圍。與普通傳感器相比，帶有 LOFIC 的像素點增加了一個溝槽電容器。當電荷超過像素原本的最大承載限度（最大阱容）時，多余的電荷會流向電容器，這樣就可以避免過曝現(xiàn)象，讓高亮畫面在圖像中清晰顯示。

不過，LOFIC 技術中需要在光電二極管周邊集成表面積較大、溝槽較深的電容器，像素點內電路結構復雜，在空間相對有限的手機中應用落地難度高，成本也高。

【“新春第一會”高德紅外董事長黃立：力爭在低空經濟、腦機接口等領域實現(xiàn)新一輪增長】

“多年來，我們持續(xù)加強科研攻關，把紅外關鍵核心技術牢牢掌握在自己手中。”2月20日，全市科技創(chuàng)新大會舉行，武漢高德紅外股份有限公司黨委書記、董事長黃立作主題發(fā)言時說道。

黃立介紹，本月12日，高德紅外公司高性能紅外探測芯片制造關鍵技術及產業(yè)化科技成果已通過了院士專家組評價。“目前，公司量產的高端紅外芯片已成功應用于部分‘國之重器’。”

“近年來，公司力爭在低空經濟、腦機接口等領域實現(xiàn)新一輪增長。一方面著力拓展天地一體化智能城市應用示范，另一方面加快推動腦機接口在疾病診療方面的應用突破。”黃立介紹，高德集團旗下的普宙科技公司已于2022年遷回武漢，目前已在武漢、深圳等地成功實施了低空共享無人機應用項目，是國內天地一體化智慧城市的樣板和標桿。旗下衷華腦機公司自主研發(fā)的超高密度植入式腦機接口系統(tǒng)，實現(xiàn)了植入式腦機接口系統(tǒng)最核心的技術突破，經專家組鑒定達到國際領先水平，并入選2023年度中國腦機接口十大進展。

“目前，我們正加快項目推進，搶占行業(yè)制高點，力爭將普宙科技打造成全國低空經濟領軍企業(yè)，帶動本地上下游產業(yè)鏈形成千億級產業(yè)板塊，為武漢經濟高質量發(fā)展注入新動力。”黃立進一步表示，在腦機接口產業(yè)，將圍繞腦機接口成果建立國家級腦科學創(chuàng)新中心，引入全球的腦機接口先進團隊來漢落戶，推動武漢建成具有全球影響力的腦科學研究與診療中心，助力武漢腦機接口相關產業(yè)走在世界前列。

黃立表示，未來，高德紅外將充分發(fā)揮企業(yè)創(chuàng)新主體作用，履行科技領軍企業(yè)的使命責任，著眼未來、奮發(fā)有為，在推進科技自立自強和科技成果轉化中發(fā)揮更大作用，為武漢建設具有全國影響力的科技創(chuàng)新中心貢獻更大力量。

【磁性傳感器的分類及行業(yè)應用領域介紹】

磁性材料在感受到外界的熱、光、壓力、放射線等之后，其磁特性會改變。利用這種物質可以做成各種可靠性好，靈敏度高的傳感器，這類傳感器是利用磁性材料作為其敏感元件，故稱磁性傳感器。在如今社會中磁性傳感器已然成為信息技術和信息產業(yè)中不可或缺的基石元件。目前，人們已研制出利用各種物理、化學和生物效應的磁性傳感器，并在科研、生產和社會生活的各個方面得到了廣泛的運用。今天將主要介紹霍爾元件、各向異性磁阻AMR元件、巨磁電阻GMR元件及隧道磁電阻TMR元件這4種磁性傳感器，并簡要概述在行業(yè)領域中的應用。

霍爾傳感器

霍爾傳感器，顧名思義，是依據(jù)霍爾效應來制作的。霍爾效應是研究半導體材料性能的基本方法，通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。

霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關型霍爾傳感器。

1.線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，輸出模擬量。

2.開關型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器、斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，輸出數(shù)字量。

根據(jù)霍爾效應用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點。因此，在測量、自動化、計算機和信息技術等領域得到廣泛的應用。

各向異性磁阻AMR

磁阻傳感器，同理，是利用磁阻效應制成的。1857年，Thomson發(fā)現(xiàn)了各向異性磁阻效應。

各向異性磁阻效應(即AMR)是指，當外部磁場與磁體內建磁場方向成零度角時,電阻不隨外加磁場變化而改變；但當外部磁場與磁體的內建磁場有角度的時候,磁體內部磁化矢量偏移，薄膜電阻降低的一種現(xiàn)象。

AMR在感測地磁場范圍內的弱磁場測量方面見長，常被制成轉速傳感器、接近開關、隔離開關。以及導航系統(tǒng)中的羅盤，計算機的磁盤驅動器，各種磁卡機、旋轉位置傳感、鉆井定向等。

巨磁電阻GMR

巨磁阻效應，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時比在無外磁場作用時存在巨大變化的現(xiàn)象。巨磁阻產生于層狀的磁性薄膜結構，這種結構由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。當鐵磁層的磁矩相互平行時，載流子與自旋有關的散射最小，材料的電阻也最小。當鐵磁層的磁矩為反平行時，與自旋有關的散射最強，此時材料的電阻最大。

基于巨磁阻效應研發(fā)出了極度靈敏的磁頭，可以清晰讀出較弱的磁信號并轉換成清晰的電流變化，而這種磁頭的出現(xiàn)引發(fā)了硬盤的"大容量、小型化"革命。同時巨磁電阻還可用于MRAM、角度或位置傳感器、電流傳感器、生物檢測以及軍事領域等方面。

隧道磁電阻TMR

TMR元件是近年來開始工業(yè)應用的新型磁電阻效應傳感器，其利用的是磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應對磁場進行感應，比AMR元件和GMR元件具有更大的電阻變化率。

目前，AMR傳感器早已大規(guī)模應用，GMR傳感器正快速發(fā)展。TMR傳感技術最開始是應用于硬盤驅動器讀出磁頭，大幅提高了硬盤驅動器的記錄密度。TMR集AMR的高靈敏度和GMR的寬動態(tài)范圍于一體，因而在各類磁傳感器技術中，TMR磁性傳感器具有無可比擬的技術優(yōu)勢。因此，TMR傳感器可廣泛應用于工業(yè)控制、金融器具、生物醫(yī)療、消費電子、汽車領域等方面。

磁性傳感器的應用——汽車工業(yè)

磁性傳感器在汽車中的應用主要是車速、傾角、角度、距離、接近、位置等參數(shù)檢測，以及導航、定位等方面的應用。在節(jié)能降耗中，尤其是目前減少點滴碳排放或其它污染物的情況下，馬達會成為重中之重，馬達將從存在摩擦力的“一刻不停”的滑輪系統(tǒng)向電子馬達轉變，后者可以按需控制。并且，電子馬達會向效率更高和更加可靠的有刷DC馬達轉變，磁性傳感器的作用就體現(xiàn)在讓馬達控制或換向更加精確。

磁性傳感器的應用——工業(yè)應用

在其它工業(yè)應用方面，磁性傳感器可用于電腦服務器等機器的不間斷電源、焊接系統(tǒng)。在大型變頻電機等電流較高的應用中，開環(huán)與閉環(huán)霍爾傳感器可以在一個小型封裝中使用霍爾效應IC，也可以在封裝中包含一個專用集成電路來提高集成度。霍爾IC也適用于工業(yè)變頻器控制的應用之中。除了電流傳感器，獨立霍爾效應IC或磁阻傳感器開關也存在電機整流來降低紋波和改善性能，或用于位置測量等應用。

磁性傳感器的應用——醫(yī)療應用

磁性傳感器在醫(yī)療領域中的應用，盡管規(guī)模要小于工業(yè)領域，但卻能夠在很多場合輔助病人護理和監(jiān)控：救護車，醫(yī)院和家庭護理等。無論是在手術過程中，重癥監(jiān)護室，還是在普通的家庭護理方面，都可以提供有效的方式以控制運動、氣流、探測血壓等挽救生命或提高生命質量。不過，磁性傳感器還是主要用于換向傳感器的醫(yī)療設備之中的電機控制，類似呼吸機、輸液、胰島素和腎臟透析機等方面。

磁性傳感器的應用——消費電子

磁性傳感器在消費電子中的應用也十分廣泛。例如手機、筆記本電腦、電子羅盤等方面。MEMS傳感器和磁性傳感器在電子羅盤中的應用互相促進，可以使導航產品更加精準，而這會在導航市場成為一個亮點。如果把陀螺儀、加速度和磁性傳感器三種傳感器集成在一起，三者在功能上互相輔助，則構成了功能更強大的慣性導航產品。

磁性傳感器的應用——航天軍工

高靈敏度和低磁場的傳感器是航空、航天及衛(wèi)星通信技術上非常重要的材料。隨著軍事工業(yè)中吸波技術的發(fā)展，軍事物件可通過覆蓋一層吸波材料而瞞天過海，但無論如何這些物件都會產生磁場，因此通過GMR磁場傳感器就可以把這些隱蔽的物體找出來。GMR磁場傳感器還可以應用在衛(wèi)星上，用來探測地球表面上的物體和底下的礦藏分布。而電子羅盤主要用于武器/導彈導航，航海和航空的高性能導航設備中功不可沒。

審核編輯 黃宇