完成单位：青岛大学 生命科学学院

完成人：刘爱骅、梁波、祁环

成果简介：

    生物传感器是由固定化的生物敏感识别元件、适当的理化换能器及信号放大装置构成，是分析体系生物化学信息获取的重要工具。如何获得稳定、廉价、特异、灵敏的分子识别元件并实现其在载体表面的持久、高效固定并保持其活性状态成为生物传感器研发的关键科学问题之一。

    微生物表面展示技术是利用基因工程手段，将靶蛋白序列与特定锚定蛋白序列相连，导入微生物宿主细胞，最终实现外源蛋白或多肽序列在微生物表面随机或定位表达。 这些被展示的蛋白或多肽往往具有特定的空间结构，并保持着一定的生物活性。近年来，我们对细菌表面展示生物识别元件及其生物传感应用展开了系统的研究。 利用源于冰核蛋白N端结构域作为锚定单元，成功构建了木糖脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、甲酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶细菌表面展示体系，进一步制备传感器，实现了木糖、葡萄糖、甲酸、谷氨酸的灵敏、选择性检测。针对目前酶基生物燃料电池存在稳定性差、输出功率密度低等难题，提出了以细菌表面展示的脱氢酶为催化剂构筑了系列生物燃料电池，电池的能量密度和稳定性明显改善。相关成果发表在Chemical Reviews, Analytical Chemistry, Biosensors & Bioelectronics, Bioresource Technology等国际SCI期刊上。 授权中国发明专利6项；受邀撰写英文合著章节1部，已在美国出版。

创新点及科学价值：

（1）该成果开创性地发展了脱氢酶展示的全细胞分子元件制备技术，实现了酶蛋白空间位置和催化动力学的可控，通过固定细胞而不是酶, 解决目前制约固定化酶分子元件的瓶颈。

（2）为生物传感器、酶基生物燃料电池提供了有特色的生物元件。

社会经济效益：

（1）本成果仪器化后，可望产生显著的经济效益。

（2）对提升我国生物质加工技术水平，提高国际竞争力，具有重要的意义。

应用前景：

 基于细胞表面展示酶分子元件构筑的传感器可望用于生物质原料预处理、生物能源、发酵等生物转化过程中木糖、葡萄糖的快速检测和甲酸等发酵抑制物的检测、控制。