近年来，随着生物科学、信息科学和材料科学发展成果的推动，生物传感器技术迅猛发展，取得了很多震惊中外的成就：1989年我国第一种实用生物传感器——乳酸分析仪诞生、国际首创“SBA-40型谷氨酸-葡萄糖双功能分析仪、起草完成了“食品中葡萄糖分析，酶电极法”国家标准化文件、谷氨酸、乳酸、葡萄糖生物传感器”获1997年国家发明三等奖等。上述成果无不源自山东科学院生物研究所的潜心钻研，史建国所长就是其中一员。
史建国，男，汉族，1960年10月生，山东泰安人。博士，研究员，山东省科学院生物研究所所长，山东省生物传感器重点实验室主任。主要社会兼职有社会职务：中国微生物学会酶工程专业委员会委员、中国医药生物技术协会生物医学信息技术分会委员、中国发酵工程技术工作委员会委员、中国食品工业协会发酵工程研究会理事、山东省微生物学会常务理事、山东省食品科学技术学会常务理事、山东省生物医药学会常务理事、山东省食品科学技术学会常务理事，国家科技奖励评审专家、国家级科技思想库决策咨询专家、山东省标准化专家(食品)。
史建国研究员长期从事生物传感器及相关技术的研究和开发，先后参加并完成了谷氨酸、葡萄糖、乳酸、乙醇、转氨酶、糖化酶、胆碱酯酶等多项生物传感器的研制，取得了一系列科技成果，获得山东省科技进步二等奖4项，三等奖3项，技术发明三等奖1项，协会二等奖2项;发表科研论文50余篇，申请国家专利16项，授权7项。还原糖在线检测技术研究和还原糖测定仪及应用技术研究，分别获2004山东省科技进步三等奖(第1位)和2006山东省科技发明三等奖(第1位);谷氨酸绿色制造关键技术与装备研究开发获2009山东省科技进步二等奖(第4位);柠檬酸生物制造关键技术及应用获2010山东省科技进步二等奖(第2位);淀粉糖清洁生产关键技术与产业化获2010山东省科技进步二等奖(第5位);法医分析生物生物传感器技术获2013山东省公安厅科技进步二等奖(第2位);生物传感器与发酵过程优化控制获2014山东省科技进步二等奖(第1位)。另外，参与轻工业联合会科技进步二等奖2项、获山东省优秀发明家奖(2010)、山东省发明创业奖(2011)、山东低碳十大学者(2012)等。
赶超世界水平，成果丰硕
生物传感器(biosensor)，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)、适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。
史建国研究员认为生物传感器是一个内容广泛、多学科介入和交叉的研究领域，而影响我国生物传感器实用化进程的主要问题是传感器酶品种缺乏、稳定性差以及检测底物范围受限等，建议加强新型酶分子元件、生物电子器件的标准化和分析系统的集成技术研究。
生物传感器从实验室方法学研究到商品化产品要具备以下几个环节：生物元件(bio-elements)-生物器件(bio-units)-分析装置或原型机(deviceorprototype)-分析仪器(analyzer)。生物元件是指酶、抗原/抗体、DNA/RNA、细胞等生物材料;生物器件是由生物材料与换能器组合而成(换能器主要有电化学电极、离子敏场效应晶体管、热敏电阻器、光电管、光纤、压电晶体等)，是一种生物电子器件，其功能是将生物催化与电化学(光电)耦合反应的信息转换成可识别的数字信息;分析装置是指实验室完成的传感器分析样机，主要由生物催化模块、电化学/光化学反应模块、电子电路模块、控制软件、分析试剂等，其功能是完成信息发生、信息传输和信息处理;分析仪器是达到实际应用要求的仪器产品。其中，生物分子器件是生物传感器的核心和关键。
长期以来，如何将大量的创新性方法学研究成果转化成实际应用产品，是我国生物传感器技术深度研究的重点。当前，我国已具备国际一流的生物传感器研究平台和人才团队。合成生物学、蛋白质组学等技术可以定向构建高效、灵敏的生物传感器分子元件;薄膜制造技术、MEMS微细加工技术、微流控(Microfluidics)技术、石墨烯等纳米材料修饰技术在生物传感器制造领域广泛应用，这为我国参与新一代生物传感器的国际竞争奠定了先进技术基础。同时，我国社会经济发展迅速，各行业对生物传感器有着迫切需求，具有国际上最大的应用市场，这为我国生物传感器技术研究及产业发展提供了良好的应用空间。
史建国介绍，传感器技术是衡量一个国家信息化程度和科技发展水平的重要标志之一。随着新技术革命的到来，世界开始进入信息时代，生物传感器作为一种新兴的信息获取手段，将发挥越来越重要的作用。在我国，生物传感器研究始于20世纪80年代初，技术发展历程基本上与国际上同步。从1990年起，全国酶工程会议和中日酶工程学术会议都将生物传感器作为重要内容进行研讨，大大促进了我国生物传感器技术和人才队伍的发展。1990年，我国第一个生物传感器专著《生物传感技术原理与应用》出版，奠定了我国生物传感器技术基础。2005年，国家“十五”重点图书《生物传感器》由化学工业出版社出版，对生物传感器技术进行了系统的总结。2008年，第十届世界生物传感器大会(TheWorldCongressonBiosensors)在中国召开，标志着我国生物传感器研究进入新的发展阶段。对此，英国Cranfield大学的生物传感器资深专家Turner博士指出，近几年中国在该领域的研究发展表现尤为突出，这不仅表现在研究论文的高产量，也表现在论文的高质量上。据生物传感器领域最具权威的Bioelectronics杂志的统计数据表明，2008年中国第一次取代了美国成为该杂志发表数量最多的一个国家。近十年来，有关酶电极的研究论文发表呈现逐年增长的趋势，2008年以后，我国在该领域发表的论文在国际期刊的数量显著增加。2015年国家提出高端制造业《中国制造2025》的国家战略规划，具体到本领域内，生物传感器如何我国为高端制造、智能制造做出应用的贡献，如何加入到我国正在形成的具有国际竞争力的传感器产业体系，是摆在史建国和他的同事们面前极为重要的课题。
我国在上世纪80年代研制出了一批生物传感器分析仪器，最早的是葡萄糖分析仪，以后陆续研制成功BOD、乳酸、谷氨酸、SPR生物传感分析仪及多指标血液分析、发酵在线监测等系列产品。其中商品化产品主要是手持式血糖仪和SBA酶电极分析仪。手持式血糖测试仪于1994年诞生，国内约16家生产企业，年产50多万个血糖仪、2亿片试纸，销售额达4亿多元。SBA系列生物传感分析仪于1989年开始应用，是目前我国唯一的商品化工业酶电极分析系统，在食品发酵、生物医药和科研教学等领域已广泛应用，可测定葡萄糖、谷氨酸、乳酸和赖氨酸等十几种指标。
目前，我国在生物传感器研究队伍和技术水平方面都进入了国际先进行列。但由于生物活性单元具有不稳定性和易变形等缺点，使生物传感器的稳定性和重现性较差。而大量的研究工作仅限于对方法学的初步尝试，离实现生物传感器的商品化要求差距较大。如何将大量的方法学研究成果转化成实际应用产品，实现我国从生物传感器研究大国向生物传感器制造强国的转变，是今后我国生物传感器技术发展的重点，因此，建议加强以下几个方面的工作：
(1)酶分子元件的研究与开发
酶是传感器的核心元件，酶的类型和质量决定了生物传感器的性能和应用范围。在酶电极分析领域，以共价结合黄素蛋白为辅酶、用氧气作为电子受体的氧化酶传感器性能最稳定，这类酶是最优良的生物元件来源。存在的问题是可用的试剂酶种类缺乏，远远不能满足需求，并且大部分商品化酶的来源依赖国外公司。虽然有些研究采用了自制酶，但离实用性要求相差甚远。理论上(已知蛋白序列和特性)可用于传感器的这类氧化酶有30种左右，但我国有关的研究和开发工作较少，分析酶制备技术及产业发展严重滞后。
脱氢酶使用辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸作为生物催化反应中氢和电子的传递体，因此，可以构建脱氢酶电化学生物传感器。自然界中已发生的脱氢酶超过400种，这对开拓生物传感器酶源具有重要的意义。然而，辅酶的再生、电极的中毒等技术问题仍没有较好地解决，要形成稳定的生物传感器分析仪器面临很大困难。
(2)酶分子器件的标准化
将酶分子固定在载体膜或电极表面，构建具有高效仿生催化功能的分析器件是生物传感器关键技术之一。生物传感器选用的载体可供酶固定的面积非常小，如固定化酶膜面积不到一个平方厘米，微型生物器件有效固定面积为微米或亚微米，这就要求酶经过固定后必须有较高的剩余活力，且能持久高效地保持其活性状态，这涉及固定化酶沉淀密度(酶量和分布)和空间趋向两个关键技术问题。因此，需要研究酶分子定向设计和改造技术，获得有利于空间取向的酶分子元件;根据介质材料特异性结合蛋白的特性，构建亲和性重组酶蛋白，实现酶分子元件均匀、高密度的固定;对于多酶催化体系，可以构建顺序酶电极。日渐成熟的微机电系统(micro-electro-mechanicalsystems,MEMS)技术使生物微机电系统(BioMEMS)得以迅速发展，为开发生物传感器分子器件提供了新的思路。在此基础上，建立标准化操作工艺和质量控制体系，使分子器件具有良好均匀性、高效和稳定的酶化学和电化学(换能器)催化活性，就可以实现生物器件的商品化应用。
(3)生物传感器分析仪器制造技术的研发
生物传感器是一门新型学科，产品制造设计生物学、电子学、材料学和精密机械加工等方面技术，是一个系统的工程。同其他经典的分析仪器相比，其制造技术仍处于探索阶段，缺乏专业的加工工艺和制造装备，因此，应加强生物传感器专业技术人才的培养和系统制造工艺及专用设备的研发。注重多学科交叉特点，加强薄膜制造、微纳仿生等技术在生物器件制造中的应用;研究酶分子器件生物催化反应所需的微反应器的设计理念和方法，包括结构特点、几何特性、传递特性和流动特性，温度、pH值、底物混合、扩散、传递、停留时间、电极信号产生的规律和特点等。
(4)传感器集成与在线检测技术的发展
生物传感器检测技术的优势是特异性好，可在复杂样品中对特定组分进行快速检测。但这一优势也限定了生物传感器的应用范围，使得物传感器市场小、经济效益不高。解决这一问题的途径就是发展传感器集成和在线检测技术。针对流程工业对生产过程控制的需求，建立在线检测技术，可以对现有生产工艺和控制系统进行升级改造，提高生产效率和产品质量。由此扩展生物传感器应用市场，提高经济效益，加快培育和推动生物传感器产业的发展。
率领团队，潜心钻研
山东省科学院生物研究所致力于研制和开发各种生物传感器，实现生物加工过程优化控制;以生化在线分析技术和过程控制为依托，以生物发酵过程为对象，实现发酵过程优化控制;利用分析化学技术和原理研究化合物的快速检测方法和技术，重点研究碳水化合物分析方法和分析仪器产品。
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