基因传感器 高端图像传感器里的“中国名片”
高端图像传感器里的“中国名片”
王欣洋在介绍长光辰芯设计研发的CMOS图像传感器产品。
如果说摄像头像人类的眼睛，那么CMOS图像传感器就像人眼的视网膜。在我国高端装备领域，如此关键的元器件却长期被国外垄断。
近年来，这一局面正在被打破。2012年，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（以下简称长春光机所）通过从欧洲引进CMOS研发团队，成立长春长光辰芯光电技术有限公司（以下简称长光辰芯）。
12月22日，长光辰芯总经理王欣洋在接受《中国科学报》采访时表示：“长光辰芯在成立的8年时间里，CMOS 图像传感器产品已经在科学、工业、医疗等多个领域得到应用。未来，我们希望可以进一步带动我国CMOS上下游产业的快速发展。”
博士毕业后，王欣洋先后供职于多家图像传感器领域的知名公司，参与设计了多款CMOS图像传感器，并成为其中一家初创公司的股东。
“在国外，我只是一个打工者，没有决策权。”王欣洋告诉记者，“一次回国考察的机会，坚定了我回国创业的决心。”
长春光机所被誉为新中国“光学的摇篮”。长春光机所党委副书记金宏说：“长春光机所不缺乏先进的光学技术，但只有技术还不行，我们需要探索一条从核心技术到成果转化的成功之路。”
这也是长春吸引王欣洋的地方，哈尔滨出生的他对东北颇有情怀。2012年9月，王欣洋回国成立长光辰芯。
“如果说当时回国是一时冲动，而今看来回国是对的。”作为长光辰芯的创始人，王欣洋表示，虽然从地域上来看，长春未必是最适合微电子公司发展的土壤，但是长春光机所在光电系统研发领域的经验以及在行业领域的资源，都为长光辰芯发展提供了有力的支持。
创业8年，长光辰芯的核心团队一直保持着积极向上的高度凝聚力，先后在日本、比利时、杭州成立子公司。
瞄准高端
长光辰芯的研发和产品如何布局？公司成立初期，王欣洋带领团队对国内市场进行了充分调研，最后瞄准高端装备制造领域的高性能CMOS图像传感器的研发和产业化。
长光辰芯的研发团队先后攻克了低噪声全局快门像素设计、背照式芯片制造等多项核心技术，发布了一系列具有超高分辨率、低噪声、高动态范围、超高速等特点的CMOS图像传感器产品。2014年3月，长光辰芯发布的一枚长167.6毫米、宽30.1毫米的CMOS图像传感器GMAX3005，可以提供1.5亿像素黑白影像。
王欣洋介绍道，高分辨率、大靶面（感光面积）是GMAX系列CMOS图像传感器的显著特点，可应用于高分辨率工业检测领域，如平板显示器（FPD）检测、半导体检测、工厂自动化检测等，满足用户对动态目标高清成像的应用需求。
在国外，王欣洋曾参与主导了多个工业级CMOS图像传感器的项目，这也与欧洲工业产品领域定制用户为主有关。然而，长光辰芯在成立之初，收到的定制订单并不多，王欣洋认为，主要是受限于国内企业规模、资金实力和对新产品研发的观念。
对此，王欣洋颇有信心，他表示，长光辰芯的核心还是产品，只要多给我们一些时间，通过不断地雕琢技术和产品，最终会赢得多数国内用户的认可。
不久前，国内工业相机企业使用长光辰芯设计的全局快门CMOS系列芯片，开发了相应的工业检测相机产品，并用于工业检测、快递扫描、机器视觉等多个领域。王欣洋认为，这也是工业用户对长光辰芯的认可。
助力产业
日前，中科院科技促进发展局在长春组织召开了弘光专项“面向高端装备制造的系列化CMOS图像传感器”阶段评估会议，参与评估的专家一致认为该项目全面实现了预期目标。该项目2019年立项启动，长春光机所为项目依托单位，长光辰芯为成果转化主体单位和产品市场推广单位。
中科院科技促进发展局高技术处副处长秦承虎介绍：“弘光专项按节点目标进行阶段性评估，实行经费全额后补助。”
一款CMOS芯片从想法变成产品，需要晶圆加工、陶瓷封装壳、玻璃盖片、光学镜头、后背系统和图像处理等产业的支持。长光辰芯主要从事芯片的设计工作，也需要寻找合适的供应商。
2016年成立的长春长光圆辰微电子技术有限公司（以下简称长光圆辰）就是长光辰芯的供应商之一，这是一家半导体制造企业，专注于背照式CMOS图像传感器晶圆加工。
在需求的牵引下，长春光机所孵化了一批高科技企业。长春光机所所务委员孙守红告诉《中国科学报》：“我们正在打造技术研发、成果转化、企业发展、资本运作、技术研发的自循环发展格局。”
孙守红介绍道，长春光机所的产业体系以光电子技术为核心竞争力，投资了74家企业，其中奥普光电已于2010年上市。如今，长春光机所投资的企业已经形成三阶IPO（首次公开募股）梯队，研究所将有序推进企业上市工作。
在吉林省政府和长春光机所共同建立的吉林省光电子产业孵化器内，记者看到长春光机所孵化的10多家企业入驻于此。长春长光智欧科技有限公司总经理管海军介绍：“我们瞄准基因测序市场的需求，与华大基因合作，实现了当前世界最高通量10000G基因测序仪的研制和生产。”
孙守红透露：“2020年，长春光机所孵化产业的经济体量已经超20亿元。未来，长春光机所还将发挥学科优势，推进交叉领域合作，打造特色产业园区，促进企业集群式发展。”（记者 沈春蕾）
来源： 《中国科学报》
研究人员发现了更高效、更通用的生物传感器
基因传感器改善生态系统，监测健康，确保安全，并通过生物修复途径回收废物。资料来源:Biodesign research
遗传传感器通过调节基因表达来响应环境刺激，在生物体中起着至关重要的作用。尽管它们具有重要意义，但它们的发展受到诸如来源生物生长速度缓慢以及精度和灵敏度限制等挑战的阻碍。
以前的研究旨在利用这些自然感知能力来解决紧迫的全球挑战，如粮食安全、可持续制造、诊断和卫生保健。这些努力强调了推进遗传传感器技术以提高其在各个领域的效率和适用性的重要性。
在Thomas Gorochowski博士最近领导的一项研究中，研究人员已经突破了基因传感器技术的界限。这篇评论发表在2024年6月25日的《生物设计研究》杂志上，已经确定了更有效、更通用的生物传感器，能够以高特异性和灵敏度检测广谱物质。
回顾他们的工作，Gorochowski博士强调:“随着合成生物学解决方案走向现实世界的应用，嵌入先进的传感和控制机制对于确保其安全可靠的部署至关重要。”
他们的研究方法侧重于探索不同的遗传传感器架构，每个架构都旨在提高各种应用的灵敏度和特异性。他们研究的核心是基于蛋白质的传感器，它直接与目标分子结合，影响基因表达。
这些传感器通过单组分系统工作，其中一个单独的蛋白质检测目标，双组分系统涉及传感器组氨酸激酶和反应调节剂。这种双重方法确保了针对特定环境或生物医学目标定制的强大检测能力。
RNA适体代表了他们研究的另一个关键方面，位于转录本的5'-UTR。这些适体形成复杂的结构，在与特定靶分子结合时阻碍翻译。RNA适体以其在高特异性检测广谱靶标方面的多功能性而闻名，是遗传传感器技术中不可或缺的工具，可以精确控制基因表达动态。
他们的研究还包括创新的合成方法，大大提高了传感器的能力。利用代谢途径传感(Sensing Enabled by Metabolic Pathways, SEMP)等技术，设计合成代谢途径，将目标分子转化为可检测的形式。
同时，利用合成RNA结构的Toehold开关(THS)调节针对特定RNA靶点的翻译。此外，CRISPR-Cas系统对RNA传感的适应性为基因表达提供了前所未有的控制，突出了其合成策略的多功能性和适应性。
除了探索的传感器类型的多样性之外，遗传传感器与光和电信号的集成代表了技术上的重大飞跃。这项创新允许对基因表达动态进行精确控制，利用电子和光学设备扩展遗传传感器在诊断和环境监测中的能力。通过将生物系统与这些技术相结合，研究团队扩大了基因传感器应用的范围，有望在科学学科中产生变革性影响。
这项研究的发现具有重大意义，特别是在重塑医疗诊断、环境监测和生物技术应用方面。
随着更高效的基因传感器的发展，它们的精度和灵活性得到了提高，这表明未来这些传感器将在个性化医疗、可持续资源管理和工业生物技术方面发挥关键作用。这一进展有望彻底改变我们检测疾病、监测环境健康和优化工业流程的方式，为应对各种全球挑战铺平道路。
总之，这篇综述强调了基因传感器技术的变革潜力。通过揭示传感器开发和部署的复杂性，该研究为合成生物学和生物医学工程的未来创新奠定了坚实的基础。
Gorochowski博士强调了他们工作的重要性，他说:“合成生物学中的控制过程已经出现，进一步将控制工程原理整合到遗传传感器设计中，对于它们在日常应用中的广泛部署至关重要。”
这种前瞻性的方法不仅促进了科学理解，而且为解决卫生保健、可持续性和工业过程中的复杂挑战的实际应用奠定了基础。
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