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《化学传感芯片可在几分钟内检测出可卡因》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： Lightfeng
  • 发布时间：2018-05-13

  • 一种新型的低成本化学传感芯片使我们可以实现这项技术，这项技术长期以来一直是警察和其他人希望监测吸毒和遏制危险驾驶的愿望清单。

    该芯片可集成到手持便携式设备中，用于检测生物样本中的药物，如血液，呼吸，尿液或唾液。

    布法罗工程与应用科学学院电气工程副教授Qiaoqiang Gan博士说：“目前，对现场药物检测的需求很大，我们设计的高性能芯片在我们的实验中能够在几分钟内检测到可卡因，而且价格低廉：可以使用原材料生产，成本约为10美分，我们使用的制造技术也是低成本的。未来，我们希望也可以使用这种技术来检测其他药物，包括大麻，大麻合法化的不断扩大引发了许多社会问题，包括需要一个快速测试司机吸毒的系统。”

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  • 《美科学家开发出可在几分钟内检测基因突变的CRISPR芯片》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：huangcui
    • 发布时间：2019-04-19
    • 在一项新的研究中，来自美国加州大学伯克利分校和克莱蒙特学院联盟凯克研究所的研究人员将CRISPR与用石墨烯制成的电子晶体管结合在一起，构建出一种可在几分钟内检测出特定基因突变的新型手持设备。这种称为CRISPR-Chip（CRISPR芯片）的设备可用于快速诊断遗传疾病或评估基因编辑技术的准确性。他们使用这种设备来鉴定来自杜兴氏肌营养不良（DMD）患者的DNA样品中的基因突变。相关研究结果于2019年3月25日在线发表在Nature Biomedical Engineering期刊上，论文标题为“Detection of unamplified target genes via CRISPR–Cas9 immobilized on a graphene field-effect transistor”。 论文通讯作者、克莱蒙特学院联盟凯克研究所助理教授Kiana Aran说道，“我们开发出首个利用CRISPR在基因组中搜索潜在突变的晶体管。仅需将纯化的DNA样品放在这种芯片上，让CRISPR进行这种搜索，这种石墨烯晶体管可在几分钟内报告搜索结果。” 医生和遗传学家如今可对DNA进行测序，以确定导致一系列性状和疾病的基因突变，而且像23andMe和AncestryDNA这样的公司甚至可以向好奇的消费者提供这类测试。 但是与大多数形式的基因检测---包括近期开发的基于CRISPR的诊断技术---不同的是， CRISPR-Chip使用纳米电子技术来检测DNA样本中的基因突变，而无需首先通过一种称为聚合酶链式反应（PCR）的时间和设备密集型过程来对感兴趣的DNA片段进行数百万次“扩增”或着说复制。这意味着它可能用于在医生办公室或野外工作环境中进行基因检测，而无需将样品送到实验室。 绕过瓶颈 CRISPR-Cas9系统以它在精确位置剪断DNA链的能力而闻名，就像一把锋利的剪刀那样，这为人们提供了前所未有的基因编辑功能。但是为了让Cas9蛋白准确地切割和粘贴基因，人们首先必须在需要切割的DNA中找到确切的位点。 为了让Cas9找到基因组上的特定位置，科学家们必须首先为它配备一段“向导RNA（gRNA）”，其中gRNA是一小段RNA，它的碱基与感兴趣的DNA序列互补。蛋白Cas9首先解开双链DNA并进行扫描直至找到与gRNA相匹配的序列，然后结合上去。 为了利用CRISPR的基因靶向能力，这些研究人员采用了一种失活的Cas9蛋白：能够在DNA上找到特定的位点，但不加以切割。他们将它连接到由石墨烯制成的晶体管上。当CRISPR复合物在它靶向的DNA上找到靶位点时，它结合上去并触发石墨烯的电导率发生变化，这接着改变了这种晶体管的电学特性。这些变化可通过他们的产业合作者开发的一种手持设备进行检测。 石墨烯由单个原子碳层构成，具有如此好的电敏感性以至于它能够检测全基因组样品中匹配的DNA序列，而无需进行PCR扩增。 Aran说，“石墨烯的超灵敏度使得我们能够检测到CRISPR的DNA搜索活性。CRISPR带来了选择性，石墨烯晶体管带来了灵敏度，而且我们能够将它们结合在一起进行这种无需PCR扩增的检测。” Aran希望能够很快让这种设备具有多重性，从而允许医生们立即导入多个gRNA，以便在几分钟内同时检测出许多基因突变。 快速诊断 为了证实CRISPR-Chip的灵敏度，这些研究人员使用这种设备检测来自杜兴氏肌营养不良患者的血液样本中的两种常见基因突变。 论文共同作者、美国加州大学伯克利分校生物工程教授Irina Conboy说道，CRISPR-Chip可能是一种特别有用的DMD筛查设备，这是因为这种严重的肌肉萎缩疾病可能是由于抗肌萎缩蛋白（dystrophin）编码基因发生的大量突变引起的。 Conboy说道，“如今作为一种常见做法，患有DMD的男孩通常不会接受筛选，直到我们出现问题，随后他们进行基因确认。” Conboy 说道，“通过使用这种数字设备，你可以在整个抗肌萎缩蛋白编码基因中设计gRNA，然后你能够在几小时内仅筛选这个基因的整个序列。你可筛查父母甚至新生儿是否存在抗肌萎缩蛋白突变，然后，如果发现突变，那么治疗可能在疾病实际产生之前尽早开始。” Murthy说道，快速基因检测也可能用来帮助医生为患者制定个性化的治疗计划。比如，遗传变异使得一些人对昂贵的血液稀释剂（如Plavix）不会作出反应。 Murthy说道，“如果你携带某些突变或某些DNA序列，那么这将非常准确地预测你对某些药物的反应。” 最后，鉴于CRISPR-Chip可以用于监测CRISPR是否与特定DNA序列结合，因此它也可能用于测试基于CRISPR的基因编辑技术的有效性。Aran说道，比如它可能用于验证gRNA序列的设计是否正确。 Aran说道，“将现代纳米电子学与现代生物学相结合，为获取以前无法获得的新生物信息开辟了新的大门。”
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  • 《廉价的金属带可在几分钟内净化污水》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-09-25
    • 废水处理领域的一项突破有望大大加速去除废水污染物的过程，并且这样做只需花费现有方法的一小部分成本。澳大利亚的科学家们已经发明了一种廉价的合金，能够从被污染的水中去除杂质，这对于纺织生产和采矿等行业可能具有重大的意义。 特别是在采矿业，我们已经看到科学家通过下一代水处理技术来改善污染的情况。采矿作业产生大量的酸和重金属的废水，而纺织品的生产也会导致染料污染的水。由石英纤维、可重复使用的微型机器人和太阳激活的纳米颗粒制成的过滤器是一项新技术，可以用来解决这个问题。 但是澳大利亚伊迪丝•考恩大学的科学家们提出了一个新的解决方案，他们认为可以以一种更高的效率来净化废水。该突破集中在该小组先前使用的一种制造方法，以开发具有无序原子结构的金属玻璃，从废水中去除杂质。 这种技术适用于形成称之为结晶的铁基带状物，它们以特定的方式被加热以形成更有序的原子结构。这使它内部的电子可以更自由地运动，更好地与污染物结合。 首席研究员Laichang Zhang向New Atlas解释说：“通过使用特定的处理方式，金属玻璃开始变成晶体结构，内部产生晶粒，在结晶的铁基带中产生的晶粒由于电势差而在材料内部形成大量的电流子，这促进了晶粒内部和晶粒之间的电子传递。” 张进一步解释说：“我们在废水处理中通常所希望的是快速的电子传输，从我们的材料到污染物快速电子传输会导致污染物向无害物质如H2O、CO2等的有效转化。也就是说，电子转移越快，污染物去除效率越高。” 根据该小组的测试，这种材料有足够效率可在几分钟内净化被染料、重金属和有机污染物污染的水，这比现有方法快得多。研究小组还表示，在整个过程中也不会产生废物，同样的材料在测试过程中可以被重复使用五次。值得注意的是，足够的合金来清洁一吨废水，仅需15澳元（10美元）。 自此，该团队与业界伙伴一起合作，通过调控晶粒尺寸来实现成本的进一步降低和废水处理效率的再提高。有视频能够展示这种材料的净水能力，同时这项研究发表在了《Advanced Materials》杂志上。
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