實現化學和生物變化過程的實時監(jiān)測對工業(yè)、農業(yè)、食品、環(huán)境、醫(yī)藥等眾多領域的科學研究和相關產業(yè)技術水平提升都具有重要意義。然而，囿于技術手段的匱乏，尚無法實現對諸如異相合成與分解、海水中抗生素/納米材料的抑菌、奶制品發(fā)酵、血液中微生物增殖、活性污泥法水處理等復雜體系中化學和生物過程的在線監(jiān)測，嚴重妨礙對這些生化過程進行精準地研究。

中國水產科學研究院黃海水產研究所漁業(yè)環(huán)境與生物修復研究室曲克明研究員團隊在化學與生物傳感器方面經過近十年的研究積累，在理論與應用研究取得了階段性重大進展。通過理論研究和應用實踐，團隊創(chuàng)建并完善了高通量非接觸電導在線檢測方法。根據該方法開發(fā)的自動化監(jiān)測技術兼有光學和電化學技術的優(yōu)點，使得準確、高效、實時記錄復雜體系中化學和生物過程成為可能，從而為解決上述國際上眾多領域中普遍性存在的難題提供了途徑。研究成果發(fā)表在《Analytical Chemistry》（IF=6.350，2018，第一作者張旭志，通訊作者曲克明）、《Biosensors & Bioelectronics》（IF=10.257，2019，第一作者張旭志，通訊作者曲克明）、《Microchimica Acta》（IF=6.232，2020，第一作者張旭志，通訊作者曲克明）、《Journal of Hazardous Materials》（IF=9.038，2021，第一作者張旭志，通訊作者曲克明）等知名學術期刊上。

圖1 八通道電子微生物生長傳感器工作原理示意圖

圖2 測定納米材料在實驗室理想液體及實際環(huán)境復雜介質中抑菌效應的普適性方法

在應用技術方面，團隊已申請國家發(fā)明專利6項（獲得授權3項）、PCT專利1項（已經進入美國，實審中）。發(fā)明專利“一種鹽酸環(huán)丙沙星含量的檢測方法”于2020年轉讓給青島谷峰實驗儀器有限公司進行轉化；“一種自動記錄大腸桿菌生長曲線的裝置及應用方法”和“一種氣動攪拌裝置及使用方法”獲得專利授權。

在儀器裝備方面，團隊自主研發(fā)的“微生物生長傳感器”獲得了第二十二屆中國國際高新技術成果交易會優(yōu)秀產品獎。旨在加速推進該成果產業(yè)化的山東省重點研發(fā)計劃（重大科技創(chuàng)新工程）項目“渤海生態(tài)環(huán)境中納米材料的安全評價技術與裝備研究”獲得了優(yōu)先支持（項目由青島眾瑞智能儀器股份有限公司牽頭，總經費5000萬元，執(zhí)行期為2020年12月-2023年12月）。

圖3 成果獲得優(yōu)秀產品獎證書

化學與生物過程的電容耦合非接觸電導響應理論建設及相應智能儀器裝備、應用技術的開發(fā)將為洞察科研、生產和生活中諸多原本難以企及的自然規(guī)律提供精準的分析平臺。基于現有研究成果，曲克明團隊將繼續(xù)開發(fā)多種專用、半通用和通用性自動化儀器及應用技術，為解決更多領域內的難題而繼續(xù)探索，也為提升我所在國際科研界的知名度做出更多積極貢獻。