生物感測器：協同創新迫在眉睫

——山東省生物感測器技術産業化採訪記

□ 本報記者 孫明河 通訊員 李 良

12月初，山東菱花集團傳來捷報：該公司在谷氨酸發酵過程中應用系列生物感測器分析系統，測定發酵生産各環節的關鍵生化參數，對溫敏型谷氨酸産生菌發酵過程進行線上檢測和發酵過程優化，實現流加糖工藝，葡萄糖谷氨酸轉化率高達69%，提高生産效率15%以上，3年累計新增産值逾17億元。

我國是生物感測器研究大國

有人把21世紀稱為生命科學的世紀，也有人把21世紀稱為資訊科學的世紀。生物感測器正是由生命科學和資訊科學整合發展起來的一門交叉學科。經過近半個世紀的發展，生物感測器已經成為一個涉及內容廣泛、多學科介入交叉並且充滿創新活力的科技領域。

與傳統的分析儀器不同，生物感測器以生物活性材料如酶、抗原、細胞等為感知元件，通過物理化學換能器，將生物反應的資訊轉化成可定量識別的數字信號。生物感測器具備特異性好、靈敏度高、可操作性強等優勢，在醫學檢驗、食品分析、環境監測、工業過程檢測控制等領域展現出廣闊的應用空間。

據生物感測器領域的權威雜誌統計，2008年中國第一次取代了美國，成為該雜誌發表論文數量最多的國家，目前在數量和品質上仍然呈快速增長趨勢。應該説，我國是生物傳感技術研究大國，具有國際先進的研發團隊和技術基礎，在生物感測器新原理、新方法和新結構方面已取得一系列國際先進或國際領先的科研成果，但研究成果向産業轉化進程還比較緩慢。據統計，2010年全球生物感測器市場銷售額突破了100億美元，預計2020年將達到225億美元。其中臨床檢驗佔44.9%，家庭診斷20.2%，環境監測14.3%，實驗室10.7%，工業過程6.6%，生化反恐3.3%。但我國目前生物感測器産品的國際市場份額不到10%。

山東工業生物感測器技術應用異軍突起

在國家和山東省科技計劃的持續支援下，山東省科學院生物研究所在菱花集團將生物感測器線上檢測系統與發酵罐連接，對發酵過程進行線上檢測和工藝優化。當培養液中殘糖濃度降至10.0g/L時開始流加補料，通過調節流加速率分別控制培養液中殘糖濃度。利用通風和攪拌控制溶氧為最適溶氧，控制乳酸産生。根據谷氨酸濃度和殘糖濃度變化確定發酵終點。通過以上研究確定溫敏型谷氨酸産生菌培養的最佳工藝，培養32h後谷氨酸濃度高達190g/L以上，葡萄糖谷氨酸轉化率高達69%以上。

山東省科學院生物研究所多年來從事工業生物感測器的研究和應用，是我國唯一實現生物感測器産業化應用的科研單位，先後研製出葡萄糖、還原糖、乳酸等多種生化分析感測器，建立了生物感測器在工業環境下運作的實驗方法、操作規程、配套試劑及培訓服務體系，産品佔國內市場95%以上（其餘5%為進口産品）。其研製的生物感測器廣泛應用於食品、發酵、醫藥等行業，累計服務國內企事業單位2000余家，佔據中國工業生物感測器應用市場的90%以上。其中，技術成果先後在氨基酸、有機酸和澱粉糖領域示範推廣應用，綜合經濟社會效益達100億元以上。

組建協同創新體系迫在眉睫

山東省科學院生物研究所所長史建國接受記者採訪時認為，中國擁有國際上最大的工業生物技術産業，這為生物感測器的應用提供了廣闊的發展空間。經過過去30多年的積累，我國相關的科研機構和企業在各自關注的領域作出了大量卓有成效的研究開發工作，現在是到了聯合起來的時候，組建跨部門、跨行業、跨區域的生物感測器創新體系已經迫在眉睫。為此，山東省科學院生物研究所正在著手籌建中國生物感測器技術與産業發展聯盟。

史建國認為，我國生物感測器産業目前急需重點開展三個方面的工作：一是開發新的酶分子元件，增加生物感測器檢測指標，實現對多種代謝産物的檢測；二是將生物感測器與物理、化學感測器融合，研發多感測器分析模組，建立工業生物過程的線上檢測與自動控制系統；三是生物感測器與資訊技術、物聯網技術結合，構建新型的智慧化工業生物過程式控制制與運作模式。