——山东省生物传感器技术产业化采访记
□ 本报记者 孙明河 通讯员 李 良
12月初，山东菱花集团传来捷报：该公司在谷氨酸发酵过程中应用系列生物传感器分析系统，测定发酵生产各环节的关键生化参数，对温敏型谷氨酸产生菌发酵过程进行在线检测和发酵过程优化，实现流加糖工艺，葡萄糖谷氨酸转化率高达69%，提高生产效率15%以上，3年累计新增产值逾17亿元。
我国是生物传感器研究大国
有人把21世纪称为生命科学的世纪，也有人把21世纪称为信息科学的世纪。生物传感器正是由生命科学和信息科学集成发展起来的一门交叉学科。经过近半个世纪的发展，生物传感器已经成为一个涉及内容广泛、多学科介入交叉并且充满创新活力的科技领域。
与传统的分析仪器不同，生物传感器以生物活性材料如酶、抗原、细胞等为感知元件，通过物理化学换能器，将生物反应的信息转化成可定量识别的数字信号。生物传感器具备特异性好、灵敏度高、可操作性强等优势，在医学检验、食品分析、环境监测、工业过程检测控制等领域展现出广阔的应用空间。
据生物传感器领域的权威杂志统计，2008年中国第一次取代了美国，成为该杂志发表论文数量最多的国家，目前在数量和质量上仍然呈快速增长趋势。应该说，我国是生物传感技术研究大国，具有国际先进的研发团队和技术基础，在生物传感器新原理、新方法和新结构方面已取得一系列国际先进或国际领先的科研成果，但研究成果向产业转化进程还比较缓慢。据统计，2010年全球生物传感器市场销售额突破了100亿美元，预计2020年将达到225亿美元。其中临床检验占44.9%，家庭诊断20.2%，环境监测14.3%，实验室10.7%，工业过程6.6%，生化反恐3.3%。但我国目前生物传感器产品的国际市场份额不到10%。
山东工业生物传感器技术应用异军突起
在国家和山东省科技计划的持续支持下，山东省科学院生物研究所在菱花集团将生物传感器在线检测系统与发酵罐连接，对发酵过程进行在线检测和工艺优化。当培养液中残糖浓度降至10.0g/L时开始流加补料，通过调节流加速率分别控制培养液中残糖浓度。利用通风和搅拌控制溶氧为最适溶氧，控制乳酸产生。根据谷氨酸浓度和残糖浓度变化确定发酵终点。通过以上研究确定温敏型谷氨酸产生菌培养的最佳工艺，培养32h后谷氨酸浓度高达190g/L以上，葡萄糖谷氨酸转化率高达69%以上。
山东省科学院生物研究所多年来从事工业生物传感器的研究和应用，是我国唯一实现生物传感器产业化应用的科研单位，先后研制出葡萄糖、还原糖、乳酸等多种生化分析传感器，建立了生物传感器在工业环境下运行的实验方法、操作规程、配套试剂及培训服务体系，产品占国内市场95%以上（其余5%为进口产品）。其研制的生物传感器广泛应用于食品、发酵、医药等行业，累计服务国内企事业单位2000余家，占据中国工业生物传感器应用市场的90%以上。其中，技术成果先后在氨基酸、有机酸和淀粉糖领域示范推广应用，综合经济社会效益达100亿元以上。
组建协同创新体系迫在眉睫
山东省科学院生物研究所所长史建国接受记者采访时认为，中国拥有国际上最大的工业生物技术产业，这为生物传感器的应用提供了广阔的发展空间。经过过去30多年的积累，我国相关的科研机构和企业在各自关注的领域作出了大量卓有成效的研究开发工作，现在是到了联合起来的时候，组建跨部门、跨行业、跨区域的生物传感器创新体系已经迫在眉睫。为此，山东省科学院生物研究所正在着手筹建中国生物传感器技术与产业发展联盟。
史建国认为，我国生物传感器产业目前急需重点开展三个方面的工作：一是开发新的酶分子元件，增加生物传感器检测指标，实现对多种代谢产物的检测；二是将生物传感器与物理、化学传感器融合，研发多传感器分析模块，建立工业生物过程的在线检测与自动控制系统；三是生物传感器与信息技术、物联网技术结合，构建新型的智能化工业生物过程控制与运行模式。
