【获奖项目】

基于智能手机移动终端的生物传感及其检测应用研究

【完成人介绍】

本团队由生仪学院刘清君教授指导的3名博士与2名硕士组成。团队成员在生物传感领域专攻不同的方向，如电化学检测、光学检测、纳米材料及器件制备等。团队成员迄今共发表论文近20篇，团队成员荣获过2次竺可桢奖学金，2次研究生国家奖学金，研究成果曾获2015中国生物医学工程联合学术年会论文竞赛二等奖和全国研究生移动终端应用设计创新大赛二等奖等奖励。团队成员性格互补，研究方向可交叉，为团队合作提供了良好的基础。

【成果简介】

“给我一个智能手机，还你一个即时现场检测系统。”“持智能手机，随时完成尖端传感。”“基于智能手机开发属于自己的随身医师。”本项目以智能手机日趋成熟的软硬件模块及开放性的操作系统为基础，结合先进的传感检测技术，可以随时随地实现日常传感检测，以更好地应对环境污染、疾病侵袭甚至预警恐怖袭击。

【科研心得】

智能手机v.s.生物传感

——记我的科研之路

智能手机在我们的日常生活中扮演了越来越重要的角色，经常能在路上看到来来往往的人们人手一部智能手机，或手指纷飞传递信息，或连着耳机随音乐摇摆，亦或举起对准景或人大拍特拍。各大智能手机开发商绞尽脑汁为智能手机增值，以追赶其发展迅速淘汰更为迅速的趋势，如越来越大的屏幕，越来越高清的摄像录像，越来越便捷的蓝牙、USB传输模式，还增加了诸如运动计步、近场通讯、心率初步检测等功能，为人们的生活工作提供了极大的便利。

另一方面，随着人们生活质量的不断提高，便携、即时的传感检测需求也不断增加。比如，国内外引起轰动的恐怖分子地铁引爆炸药事件，如果有类似智能手机这种方便随身携带又集成度高的传感检测设备能够用于爆炸物检测及预警，则能避免类似惨剧的发生。又比如，现今人口增长、老龄化加剧、人们对健康的日趋重视都催着传统医学检测模式，即医院挂号排队就诊的方式，向便携式、家庭化即时医疗检测模式转变，而由于智能手机的高集成传感等优点，其与小型化的传感检测设备的结合，成为了实现这种即时检测的最佳方式之一。

我曾经在实验室做实验的时候对着手机发呆，想着如果实验结果能够显示在手机上，甚至直接用手机进行检测，我们是不是就不用限制在实验室的大型而昂贵的仪器周围？而且一旦能够用手机进行检测，我们是不是可以随时随地查阅检测结果并对其进行分析？更进一步想，如果智能手机可以用于传感检测，那这种检测方式甚至可以普及到每个家庭，不论是想检测环境污染（如水中的重金属离子、空气中的污染物等）还是监测个人健康（如脉搏、血压等），智能手机都是一个无与伦比的普适平台。

因此，基于生物传感检测的高灵敏性及我们实验室在该传感领域的夯实基础，我们根据电化学阻抗检测原理设计并开发了手掌大小的便携式电化学移动检测装置，并通过蓝牙模块与手机无线连接，实现在手机上控制电化学检测并显示结果。我们应用这套系统对爆炸物TNT和生化标志物凝血酶等进行了特异性检测，得到了稳定的即时检测结果，实现了上述在手机上显示传感检测实验结果的设想，获得的成果分别发表在生物传感领域的TOP期刊Biosensors and Bioelectronics（IF: 6.409）和Sensors and Actuators B: Chemical（IF: 4.097）上——这无疑是对我们研究成果的肯定。

这之后，我们通过先进的微纳加工技术，模仿古罗马Lycurgus变色杯制备了附着纳米金颗粒的杯状可变色传感微阵列，该阵列修饰生物敏感元件后，可以特异性结合具有重要生理意义的生化小分子并显示出一定的颜色变化。于是，我们基于智能手机强大的图像采集和数据处理能力，利用手机摄像头和纳米杯阵列对重要的生化小分子（如气味分子、免疫蛋白等）进行传感检测，研究了纳米杯阵列在气味分子检测、免疫反应监测等应用中颜色变化规律和测量模式优化，探索了智能手机与纳米生物传感器件结合用于环境监测和健康诊断的可能性。这些成果亦已在期刊Biosensors and Bioelectronics、Sensors and Actuators B: Chemical、Nano-micro letter上发表。

综上研究成果，共计发表SCI论文6篇，影响因子总和达28.987；同时申请了国家专利3项，已授权2项。基于这些研究成果的积累，本人受邀在生物传感领域的顶级期刊Biosensors and Bioelectronics上发表了综述文章Biosensors and bioelectronics on smartphone for portable biochemical detection，该文章被纽约资深科技记者Richard Wallace报道和评论为遇到移动生物传感领域“不可不读”的文章。此外，本人还受邀在美国国家癌症研究所Avi Rasooly教授主编的Springer英文专著上撰写章节1章介绍相关研究。这些成果一方面展示了智能手机在生物传感领域广阔的应用前景，另一方面也为我们后续继续研发仅依靠智能手机进行检测的高集成便携式生物传感系统奠定了良好的基础。基于智能手机的传感检测系统具有操作简单、成本低廉的优点，在未来的临床诊断、工业监测、兽医科学、环境检测、食品安全分析等领域能够产生巨大的经济效益。我们相信，随着智能手机走进千家万户，基于智能手机的生物传感检测也将最终走入千家万户，揭开其神秘的面纱，让我们的生活质量再上一个新的台阶。

（文：张迪鸣　图片设计：贺彩）