納米生物傳感器

1、納米生物傳感器湖南大學(xué)物電院 僅供學(xué)習(xí)使用生物傳感器生物識別單元具有專一的選擇性, 可以獲得極其高的靈敏度;信號轉(zhuǎn)換器通常是一個獨立的化學(xué)或物理敏感元件, 可采用電化學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、壓電等多種不同原理工作 納米材料是指三維空間中至少有一維處于納米尺度( 1 100nm) 范圍內(nèi)的材料或由它們作為基本單元組裝而成的結(jié)構(gòu)材料,納米材料 (1)表面效應(yīng)。納米粒子的表面原子數(shù)與總體原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大, 從而引起數(shù)與總體原子數(shù)性質(zhì)上的突變 (2)小尺寸效應(yīng)。當(dāng)納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的波長及超導(dǎo)態(tài)的相干長度等物理尺寸相當(dāng)或更小時, 周期性的邊界條件將被破壞, 熔點、磁性、光吸收、熱阻、化學(xué)

2、活性、催化性能等與普通粒子相比都有很大變化。 （3）量子尺寸效應(yīng)。顆粒尺寸下降到一定值時,可將大塊材料中連續(xù)的能帶分裂成分立的能級, 能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。（4) 宏觀量子隧道效應(yīng) 納米電化學(xué)生物傳感器是將納米材料作為一種新型的生物傳感介質(zhì), 與特異性分子識別物質(zhì)如酶、抗原、抗體、DNA 等相結(jié)合, 并以電化學(xué)信號為檢測信號的分析器件。納米電化學(xué)生物傳感器 納米顆粒在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用非常廣泛。納米粒子由于具有大的比表面積和很高的表面自由能, 在吸附固定生物分子方面可以扮演重要的角色, 用于生物分子的固定, 可以增加固定的分子數(shù)量, 從而增強反應(yīng)信號。金溶膠納米顆粒由于吸附生

3、物大分子后仍能保留其生物活性, 因而最初廣泛用于電子顯微鏡中標(biāo)記生物分子。納米顆粒金溶膠又稱膠體金，是金鹽被還原成金單質(zhì)后形成的穩(wěn)定、均勻、呈單一分散狀態(tài)懸浮在液體中的金顆粒懸浮液。金溶膠顆粒由一個金原子及包圍在外的雙離子層構(gòu)成納米金粒子是最常用到的。由于納米金較大的比表面積、較高的催化活性以及較好的表面控制性，使得基于納米金粒子構(gòu)建的生物傳感器具有非同尋常的特性。納米金粒子的引入能顯著增加基因分析的靈敏度以及序列特異性。納米顆粒也可以用來定位腫瘤，熒光素標(biāo)記的識別因子，與腫瘤受體結(jié)合，可以在體外用儀器顯影確定腫瘤的大小和位置。另一個重要的方法是用納米磁性顆粒標(biāo)記識別因子，與腫瘤表面的靶標(biāo)識別

4、器結(jié)合后，在體外測定磁性顆粒在體內(nèi)的分布和位置，從而給腫瘤定位隨著溫度由26升高到36度，可以清楚的觀測到細(xì)胞內(nèi)水凝膠發(fā)光增強的現(xiàn)象。熒光納米水凝膠由對溫度敏感的聚合物和對水敏感的熒光團構(gòu)成，升高溫度時聚合物發(fā)生收縮，熒光團與水隔離，熒光強度增強。反之，熒光強度降低。細(xì)胞內(nèi)定量溫度測量可對單個細(xì)胞內(nèi)熒光點強度的求和得到。 碳納米管共價修飾抗體或其他受體后，不產(chǎn)生細(xì)胞毒性，也不會影響抗體或受體的免疫活性，近年來該方法在免疫傳感器方面的應(yīng)用逐漸增加。碳納米管有著優(yōu)異的表面化學(xué)性能和良好的電學(xué)性能，是制作生物傳感器的理想材料。美國宇航局艾姆斯研究中心利用碳納米管技術(shù)開發(fā)出一種新型生物傳感器，可以探測

5、水和食物中極其微量的特殊細(xì)菌、病毒、寄生蟲等病原體。這種新型生物傳感器利用超靈敏的碳納米管制成，可以探測到含量極低的病原體。 利用單壁碳納米管制備了高度靈敏的生物傳感器，用于檢測多種癌細(xì)胞標(biāo)記物。碳納米管還可用于檢測植物毒素碳納米管近日，美國麻省理工斯塔力諾實驗室研發(fā)出一種傳感器，可通過皮下植入人體，并可在一年內(nèi)檢測人體內(nèi)的一氧化氮含量。該時長創(chuàng)下了納米傳感器人體植入時長的新紀(jì)錄。據(jù)悉，該傳感器由碳納米管所組成，還可以開發(fā)用于檢測諸如葡萄糖等其他分子的感應(yīng)器。斯塔力諾教授正在為糖尿病人開發(fā)新型感應(yīng)器，如若成功，患者就無需再進行血液樣本的檢測。一氧化氮是人體細(xì)胞中最重要的信使分子之一，其主要作用

6、是在大腦和其他免疫系統(tǒng)功能中傳遞信息。在很多癌癥細(xì)胞中，一氧化氮的數(shù)量相當(dāng)不穩(wěn)定，但醫(yī)學(xué)界至今對健康和癌癥細(xì)胞中一氧化氮表現(xiàn)形式的差別仍了解不深。石墨烯石墨烯具有極高的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、及出色的機械強度；并且作為單原子平面二維晶體，石墨烯在高靈敏度檢測領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。然而目前人們對石墨烯與生物的界面卻知之甚少，這一問題的研究對于石墨烯能否應(yīng)用于生物電子學(xué)至關(guān)重要。國家納米科學(xué)中心方英課題組和美國哈佛大學(xué)Lieber課題組合作首次成功制備了石墨烯與動物心肌細(xì)胞的人造突觸。研究人員首先通過納米加工技術(shù)得到高信噪比的石墨烯場效應(yīng)晶體管集成芯片，進而在芯片表面培養(yǎng)雞胚胎心臟細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯和單個心肌細(xì)胞之間形成穩(wěn)定接觸，實現(xiàn)了對細(xì)胞電生理信號的高靈敏度、非侵入式檢測。更重要的是，該研究第一次實現(xiàn)了通過門電勢的偏置引起同一石墨烯器件n型和p型工作模式的轉(zhuǎn)變，進而在細(xì)胞電生理過程中得到了相反極性的石墨烯