生物傳感器：協同創新迫在眉睫

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傳感器分析系統，測定發酵生產各環節的關鍵生化參數，對溫敏型谷氨酸產生菌發酵過程進行在線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%，提高生產效率15%以上，3年累計新增產值逾17億元。

我國是生物傳感器研究大國

有人把21世紀稱為生命科學的世紀，也有人把21世紀稱為信息科學的世紀。生物傳感器正是由生命科學和信息科學集成發展起來的一門交叉學科。經過近半個世紀的發展，生物傳感器已經成為一個涉及內容廣泛、多學科介入交叉并且充滿創新活力的科技領域。

與傳統的分析儀器不同，生物傳感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，將生物反應的信息轉化成可定量識別的數字信號。生物傳感器具備特異性好、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。

據生物傳感器領域的權威雜志統計，2008年中國第一次取代了美國，成為該雜志發表論文數量最多的國家，目前在數量和質量上仍然呈快速增長趨勢。應該說，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，在生物傳感器新原理、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，但研究成果向產業轉化進程還比較緩慢。據統計，2010年全球生物傳感器市場銷售額突破了100億美元，預計2020年將達到225億美元。其中臨床檢驗占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%。但我國目前生物傳感器產品的國際市場份額不到10%。

山東工業生物傳感器技術應用異軍突起

在國家和山東省科技計劃的持續支持下，山東省科學院生物研究所在菱花集團將生物傳感器在線檢測系統與發酵罐連接，對發酵過程進行在線檢測和工藝優化。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，控制乳酸產生。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產生菌培養的最佳工藝，培養32h后谷氨酸濃度高達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傳感器的研究和應用，是我國唯一實現生物傳感器產業化應用的科研單位，先后研制出葡萄糖、還原糖、乳酸等多種生化分析傳感器，建立了生物傳感器在工業環境下運行的實驗方法、操作規程、配套試劑及培訓服務體系，產品占國內市場95%以上（其余5%為進口產品）。其研制的生物傳感器廣泛應用于食品、發酵、醫藥等行業，累計服務國內企事業單位2000余家，占據中國工業生物傳感器應用市場的90%以上。其中，技術成果先后在氨基酸、有機酸和淀粉糖領域示范推廣應用，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采訪時認為，中國擁有國際上最大的工業生物技術產業，這為生物傳感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、跨區域的生物傳感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傳感器技術與產業發展聯盟。

史建國認為，我國生物傳感器產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，增加生物傳感器檢測指標，實現對多種代謝產物的檢測；二是將生物傳感器與物理、化學傳感器融合，研發多傳感器分析模塊，建立工業生物過程的在線檢測與自動控制系統；三是生物傳感器與信息技術、物聯網技術結合，構建新型的智能化工業生物過程控制與運行模式。