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西北大学的科学家们已经改造了一个传感平台，可以检测甚至测量实验室外使用的浓度足够低的化学物质。该系统的灵敏度是该团队之前制造的传感器的10倍，为该系统应用于人体核酸和细菌的疾病检测和监测打开了大门。
新技术比以前的系统迭代灵敏10倍
该系统以前可以在单个水滴中检测到17种污染物
新的“dial”将用于疾病检测和监测
不插电的电子仪器也可以工作，但如果连接到放大器上，声音就好听多了。同样，毒素和其他小分子在环境或人体中的低浓度可能会发出我们听不见的信号，如果没有专门的实验室技术，这些信号是无法检测到的。
现在，多亏了“生物化学中的一个很酷的技巧”，西北大学的科学家们已经部署了一个传感平台来测量饮用水中的毒素，研究人员可以检测甚至测量浓度低到足以在实验室外使用的化学物质。通过连接类似于音量旋钮的电路来“打开”微弱信号，该团队为该系统应用于人体疾病检测和监测DNA和RNA等核酸以及大肠杆菌等细菌打开了大门。
研究结果发表在今天（1月13日）的《Nature Chemical Biology》杂志上，该系统的灵敏度是该团队之前制造的无细胞传感器的10倍。
该研究的通讯作者、西北大学合成生物学家Julius Lucks说：“从自然界重新利用的生物传感器原则上可以检测到各种污染物和人类健康指标，尽管它们通常不够敏感。通过添加像放大器一样的遗传电路，我们可以使这个生物传感平台满足环境和人类健康监测应用所需的灵敏度水平。”
Lucks是西北大学麦考密克工程学院的化学和生物工程教授，也是合成生物学中心的联合主任。
设计“水中怀孕测试”
ROSALIND最初的模型可以在一滴水中检测到17种不同的污染物，当污染物超过美国环境保护署的标准时，它就会发出绿色的光。第二个模型使该平台能够计算不同浓度的污染物，创造出比“水中检测是否怀孕”更复杂的东西。
Lucks和他的团队使用了一种称为无细胞合成生物学的方法来创建ROSALIND，其中分子机制-如DNA， RNA和蛋白质-从细胞中移除，然后重新编程以执行新任务。
系统中一个有用的bug
研究DNA和RNA的合成生物学家经常遇到一种叫做T7 RNA聚合酶的无用的克星，Lucks把它比作无线电电池，因为它的作用是输出信号。对大多数人来说，这种酶也可以像系统中的bug一样，咀嚼不应该咀嚼的RNA片段，并对核酸回路造成严重破坏。但Lucks想知道这是否能被利用为他们的优势。
Lucks用晶体管无线电的历史来解释他的团队建立的传感平台的进步，该平台被称为ROSALIND（以著名化学家罗莎琳德·富兰克林的名字命名，是“由配体诱导激活的RNA输出传感器”的缩写）。
“你可以在电子学101课上制造第一台晶体管收音机，它可以接收无线电信号，但它有各种各样的问题，”Lucks说。“如果你走在树后面，你会失去信号，如果你走得离信号源更近，信号就会变得更响。在后来的几代收音机中，他们增加了额外的电子电路来控制和纠正这些东西。这个迭代基本上是在收音机上增加了一个音量旋钮。”
利用DNA纳米技术的信号放大技巧，研究人员发现了一种增强输入分子信号的方法，该技术允许电路循环和重放其输入。当一个信号产生时，“bug”吃掉并循环利用它，产生另一个信号。该结果使该团队能够检测分子，如抗生素和重金属，其浓度仅为之前迭代的一小部分。
“我们创造了一个新的系统来放大ROSALIND信号，”第一作者、Lucks实验室的博士候选人Jenni Li说。“由于生物化学中的一个很酷的技巧，这让我们使系统敏感，在不改变实际的生物传感器蛋白质的情况下检测较低水平的化合物。这都是在核酸回路中完成的。“ROSALIND 3.0现在更加敏感，可以检测核酸，而以前只能检测小分子化合物。”
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