新方法幾分鐘便可測水質：合成製造分子味蕾，像驗孕一樣易讀

2020-07-07 澎湃新聞

澎湃新聞記者 賀梨萍

靠譜的水質檢測需要多久？7月6日發表在《自然-生物技術》（Nature Biotechnology）上的一項新技術能做到只需幾分鐘即可評估水的安全和質量。該技術由美國西北大學的研究人員領導開發，可以檢測17種不同的汙染物，包括鉛和銅等有毒金屬、藥品、化妝品和清潔洗滌品。

新方法幾分鐘便可測水質：合成製造分子味蕾，像驗孕一樣易讀

研究團隊將該技術和妊娠測試類比，這個手持式平臺可以提供一個易讀的陽性或陰性結果，當檢測到汙染物超過美國環保署（EPA）標準時，它就會發出綠光。這一靈活的平臺由無細胞合成生物學技術支撐，研究人員可以不斷更新它來檢測更多的汙染物。

西北大學麥考密克工程與應用科學學院的化學和生物工程教授Julius Lucks為該論文的通訊作者，他也是合成生物學中心的成員。Lucks實驗室的成員Jaeyoung Jung和Khalid Alam是這篇論文的共同第一作者。論文題為「Cell-free biosensors for rapid detection of water contaminants」。

Lucks表示，「目前的水測試依賴於一個中央實驗室，配備非常昂貴的設備，同時要求專業化的操作。」他同時提到，「寄送樣品的成本可能高達150美元，而且需要幾周時間才能得到結果。我們提供的技術可以讓任何人直接檢測自己的水，並在幾分鐘內知道是否受到汙染。它使用起來非常簡單，我們可以把它送到最需要它的人手中。」

確保水質的一個主要挑戰是人們通常看不到或嘗不到汙染物，這項新的技術西則填補了人類感官不足的空白，製造了分子「味蕾」。在無細胞合成生物學中，研究人員通常將包括DNA、RNA和蛋白質在內的分子機器從細胞中取出，然後對其重組以執行新的任務。

在這一原理下，Lucks團隊使用了來自細菌細胞的分子機器。Alam 說，「大自然已經解決了這個問題，生物學已經花了30億年的時間來研究一種檢測汙染物的優雅方法。」

「我們發現了細菌在水中是如何自然品嘗的。」Lucks補充道，「它們通過小分子水平的『味蕾』來實現，無細胞合成生物學使我們能夠將這些小分子味蕾取出並放入試管中，然後把它們重新連接起來，產生視覺信號。它會發光，讓使用者快速而容易地看到水中是否有汙染物。」

這些重組的「味蕾」被冷凍乾燥，使用者將其放入試管中，加入一滴水，然後輕輕攪動它，就會引發化學反應，使凍幹的小球在有汙染物存在的情況下發光。

Lucks團隊將該測試平臺命名為「配體誘導激活的RNA輸出傳感器（RNA Output Sensors Activated by Ligand Induction）」，同時簡稱其為「ROSALIND」，以紀念著名的化學家Rosalind Franklin。雖然「DNA之父」沃森和克裡克發現了DNA雙螺旋結構，但科學界同樣認為Franklin功不可沒，她獲得的DNAX射線晶體衍射圖被認為是解出DNA結構的關鍵線索。7月25日是Franklin的100歲生日。

Lucks說，「她的工作最終使我們學會了如何用我們的技術重新組裝DNA。」

新方法幾分鐘便可測水質：合成製造分子味蕾，像驗孕一樣易讀

ROSALIND系統

值得注意的是，研究團隊還在「實戰」中檢測了他們的新平臺。2018年年底，美國加利福尼亞州北部天堂鎮（Paradise）發生了歷史上最具破壞性的一次火災，大火摧毀了近1.9萬幢建築，並導致該鎮大部分居民流離失所。

2019年底，Lucks、Jung、Alam和他們在西北大學的同事Jean-Francois Gaillard（水生系統生物地球化學過程方面的專家）實地到訪天堂鎮。「野火基本上熔化了整個城鎮燒毀建築物、熔化汽車，把有毒金屬排放到環境中。」Lucks說。

Lucks團隊在用金標準測試的同時檢驗了他們開發的ROSALIND，發現ROSALIND能夠識別水中升高的有毒金屬的存在，同時提供了更快、更便宜的結果。

研究團隊認為，除了災害，環境中自然存在的重金屬，比如銅和鉛，也會滲入管道、汙染家庭的水龍頭和學校的飲水機。另外防曬霜和乳液等個人護理產品、未使用扔棄的藥品和農業除草劑也會流入水中。而他們的快速檢測平臺都可以迅速準確地檢測出結果。

責任編輯：李躍群

校對：賀梨萍

澎湃新聞，未經授權不得轉載。新聞報料：4009-20-4009

相關焦點

  • 幾分鐘嘗出17種水汙染物 這種檢測平臺的「味蕾」來自細菌
    幾分鐘「嘗」出17種水汙染物 這種檢測平臺的「味蕾」竟來自細菌　　檢測水質也能像妊娠檢測一樣快速、便捷、準確？日前，一項由美國西北大學的研究人員領導開發的新技術成果發表在《自然·生物技術》上，這項技術通過一個手持式平臺，只需幾分鐘，就可以檢測水質中包括有毒金屬、藥品、化妝品和清潔洗滌品等在內的17種不同汙染物。
  • 幾分鐘嘗出17種水汙染物 這種檢測平臺的「味蕾」來自細菌
    幾分鐘「嘗」出17種水汙染物 這種檢測平臺的「味蕾」竟來自細菌檢測水質也能像妊娠檢測一樣快速、便捷、準確？日前，一項由美國西北大學的研究人員領導開發的新技術成果發表在《自然·生物技術》上，這項技術通過一個手持式平臺，只需幾分鐘，就可以檢測水質中包括有毒金屬、藥品、化妝品和清潔洗滌品等在內的17種不同汙染物。
  • 幾分鐘「嘗」出17種水汙染物！這種檢測平臺的「味蕾」竟來自細菌
    科技日報記者 陳曦　　檢測水質也能像妊娠檢測一樣快速、便捷、準確？日前，一項由美國西北大學的研究人員領導開發的新技術成果發表在《自然·生物技術》上，這項技術通過一個手持式平臺，只需幾分鐘，就可以檢測水質中包括有毒金屬、藥品、化妝品和清潔洗滌品等在內的17種不同汙染物。當檢測到汙染物超過美國環保署（EPA）公布的標準時，它就會發出綠光。
  • 幾分鐘「嘗」出17種水汙染物 這種檢測平臺的「味蕾」竟來自細菌
    來源:科技日報圖集 檢測水質也能像妊娠檢測一樣快速、便捷、準確？日前，一項由美國西北大學的研究人員領導開發的新技術成果發表在《自然·生物技術》上，這項技術通過一個手持式平臺，只需幾分鐘，就可以檢測水質中包括有毒金屬、藥品、化妝品和清潔洗滌品等在內的17種不同汙染物。當檢測到汙染物超過美國環保署（EPA）公布的標準時，它就會發出綠光。
  • 幾分鐘「嘗」出17種水汙染物 這種檢測平臺的「味蕾」竟來自細菌
    檢測水質也能像妊娠檢測一樣快速、便捷、準確？日前，一項由美國西北大學的研究人員領導開發的新技術成果發表在《自然·生物技術》上，這項技術通過一個手持式平臺，只需幾分鐘，就可以檢測水質中包括有毒金屬、藥品、化妝品和清潔洗滌品等在內的17種不同汙染物。當檢測到汙染物超過美國環保署（EPA）公布的標準時，它就會發出綠光。
  • 幾分鐘嘗出17種水汙染物，這種檢測平臺的「味蕾」來自細菌
    檢測水質也能像妊娠檢測一樣快速、便捷、準確？日前，一項由美國西北大學的研究人員領導開發的新技術成果發表在《自然·生物技術》上，這項技術通過一個手持式平臺，只需幾分鐘，就可以檢測水質中包括有毒金屬、藥品、化妝品和清潔洗滌品等在內的17種不同汙染物。
  • 手持式平臺幾分鐘嘗出17種水汙染物
    2020-08-25 05:45:44 來源：科技日報原標題：幾分鐘「嘗」出17種水汙染物 這種檢測平臺的「味蕾」竟來自細菌檢測水質也能像妊娠檢測一樣快速、便捷、準確？日前，一項由美國西北大學的研究人員領導開發的新技術成果發表在《自然·生物技術》上，這項技術通過一個手持式平臺，只需幾分鐘，就可以檢測水質中包括有毒金屬、藥品、化妝品和清潔洗滌品等在內的17種不同汙染物。當檢測到汙染物超過美國環保署(EPA)公布的標準時，它就會發出綠光。天津大學化工學院教授齊浩介紹，這項看似便捷、簡單的新技術，背後離不開人類改造自然能力的巨大提升。
  • 驗孕試紙啥時候用最準(組圖)
    對於驗孕試紙的正確使用方法，可按照以下的步驟進行：1、使用時才將包裝鋁箔膜袋沿缺口處撕開，取出驗孕試紙;2、戴上盒內所附的一次性塑料薄膜手套，用大拇指緊捏住驗孕試紙手柄一端，將吸尿孔一端朝下方傾斜，注意驗孕試紙觀察一邊應朝下方，梅花圖案方向朝上方;3、對準驗孕試紙側面的吸尿孔撒尿，使尿液穿過吸尿孔，並維持1至2
  • 家裡水質如何?用這幾個方法一測便知
    一般自來水測出來的值在260-600之間，如果你家的自來水測出來值超過600了，那就是汙染水了，不過應該不會出現這種情況。如果你家裝淨水器了，TDS值應該是在10-90之間，超過這個範圍，可能是淨水器有了問題，可以找售後看看。
  • 金剛石納米顆粒取代黃金後,新冠檢測像驗孕一樣簡單且靈敏度提高10...
    金剛石納米顆粒取代黃金後，新冠檢測像驗孕一樣簡單且靈敏度提高10萬倍  Emma Chou • 2020-11-26 16
  • 驗孕試紙一深一淺說明什麼問題
    備孕的時候要多注意自己的身體變化了,如果不放心的話,試紙是可以檢測一下的,有些人很想孕育一個寶寶,預示每個月只要姨媽推遲了,就要準備早孕試紙測一測了,在測試出結果的一瞬間,不是在一道槓中暗自憂傷,就是在兩道槓中喜大普奔。
  • 牙膏可以測孕?那要驗孕試紙有何用,民間的驗孕方法到底可靠嗎
    如果問備孕的小夫妻，什麼東西買的最多，可能就是驗孕試紙和驗孕棒了吧，前幾日和同事美美聊天，我問她身體調養的怎麼樣了。她說最近正在努力，還買了好多驗孕棒，一根20貴死了。想到之前看的民間各種各樣的驗孕方法，蘇打粉，白醋，竟然還有糖？今天我想告訴大家，這些都不可靠！想知道自己有沒有懷孕，最貼切的方法就是去醫院檢查。當然去醫院檢查也不能盲目，如果你發現，自己有這幾種症狀，那就可以去醫院看看了。1.月經遲遲不來停經應該是懷孕最顯著的症狀，一般情況下，發現自己的月經日子已經過去小半個月了，那就有了能是懷孕了。
  • 老中醫挑戰「搭脈驗孕」 10測10中準確率為100%
    核心提示 微博紅人阿寶對賭10萬元向全國中醫師提出驗孕挑戰，湖南中醫名家黃世一教授挺身應戰。募徵志願者，徒手搭脈，媒體記者、法務工作者全程監督。10名志願者作為驗孕對象，分別接受黃世一的診脈驗孕與西醫的B超驗孕。結果顯示，黃世一10驗10中，B超儀器10驗9中，中醫搭脈驗孕此役完勝。
  • 新方法可像拼插積木一樣製造機器人
    新華社華盛頓7月2日電（記者周舟）美國麻省理工學院2日發布新聞公報說，該校研究人員最新開發出一套包含5種微型零部件的「組件箱」，其中的零部件可用於組裝成不同功能的機器人。這項技術有望大幅簡化機器人的設計與製造，使機器人製造變得像拼插積木一樣簡單。
  • 開發出一種新的DNA合成方法
    聯合生物能源研究所執行長、勞倫斯伯克利國家實驗室資深科學家和加州大學伯克利分校化學與生物分子工程教授Jay Keasling說，「我個人認為Arlow和Palluk開發出的這種新方法可能會引發我們製造DNA方法的變革。」 Palluk在Keithling實驗室與Arlow一起研究DNA合成問題。
  • 水質檢驗員欒洪文:水質檢測「一測準」
    水質檢驗員欒洪文：水質檢測「一測準」 作為一名水質檢驗員，今年44歲的欒洪文二十多年來練就了一身過硬的水質檢測技術，水質檢測準確率達到100%，被稱為「一測準」。　　水質檢測「一測準」　　4月28日上午，在青島海潤自來水集團有限公司水質監測中心，記者見到了正在進行色度檢測的欒洪文。
  • 為了幫你求婚,科學家找到製造鑽石的新方法,幾分鐘就夠了!
    近日，一個國際小組成功在室溫環境下，僅用了幾分鐘就製造出了人造鑽石。 該成果已發表在化學期刊Small上。 構成鑽石的碳原子可以多種方式結合在一起，形成不同的材料，如軟黑石墨和硬透明的金剛石。在普通的金剛石中，原子排列成立方晶體結構。然而，也可以重新排列這些碳原子，使其具有六方晶體結構。
  • 幾分鐘「嘗」出17種水汙染
    近日，《自然·生物技術》雜誌上刊登了一項新技術，能在短短幾分鐘內檢測出水體質量。該技術由美國西北大學的研究人員研發，目前已經能夠準確檢測出包括有毒金屬（如鉛和銅）、藥品、化妝品和清潔用品等17種汙染物。
  • 基於CRISPR的新冠病毒快速診斷技術出現
    這一診斷工具大概需要45分鐘就能給出結果，準確性與傳統的RT-PCR檢測相當。　　之前的疾病大流行告訴人們，快速且易獲取的檢測方法對於實現有效的公共衛生響應很重要。然而，目前的新冠病毒檢測方法往往需要幾小時甚至幾天才能出結果。
  • 新方法可高效合成苯並呋喃衍生物
    新方法可高效合成苯並呋喃衍生物 2019-02-27 科技日報 趙漢斌 【字體：，首次報導了合成苯並呋喃衍生物的新方法。苯並呋喃乙胺類化合物是苯並呋喃衍生物中的重要一類化合物，是α2-腎上腺素受體拮抗劑的合成前體，並對血清素5-HT2和5-HT1A受體具有高親和力，引起了合成化學家的高度重視。但此前報導的合成路線冗長、產率低且高溫，需使用過渡金屬催化劑等，發展一種合成苯並呋喃基乙胺高效便捷的新方法是急需解決的問題。