论文 胶体与界面化学在生物传感器中的应用
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胶体与界面化学及在生物传感器中应用的简单综述
摘要：胶体与界面化学是研究胶体分散体系和界面现象的一门科学。
随着科学技术的迅速发展，它已经成为一门独立的学科。
胶体与界面化学与生产、生活实际有着紧密的联系，无论是在工业生产，还是在日常生活的衣、食、住、行等各个方面，都会遇到与胶体化学有关的的各种问题。
本文综述了胶体与界面化学及胶体界面化学在生物传感器中应用。
关键词：胶体界面化学生物传感器应用
胶体与界面化学是研究胶体分散体系和界面现象的一门科学。
随着科学技术的迅速发展，它已经成为一门独立的学科，正是因为胶体现象很复杂，且有它自己独特的的规律性；更重要的是它与生产、生活实际有着紧密的联系，无论是在工业生产，还是在日常生活的衣、食、住、行等各个方面，都会遇到与胶体化学有关的的各种问题，如土壤改良、功能与复合材料、三次采油、浆体的管道运输、人造血浆、药物缓释与定向、摩擦与润滑和油漆涂料等，与国家安全、能源开发、环境保护和人民生活等方面密切相关[1]。
胶体与界面化学是一门古老的科学。
他的历史比较一致的看法是从1861年开始的，创始人是英国科学家Thomas Graham，他系统研究过许多物质的扩散速度，并首先提出晶体和胶体的概念，制定了许多名词用来形容他所发现的事实，如溶胶、凝胶、胶溶、渗析、离浆。
尽管在这一时期积累了大量的经验和知识，但是胶体化学真正为人们所重视并获得较大的发展是从1903年开始的，这时Zsigmondy（德）发明了超显微镜，肯定了溶胶的一个根本问题——体系的多相性，从而明确了胶体化学是界面化学。
我国对胶体与界面化学的研究可以追溯到上世纪 30 年代。
1933 年，我国科学家张大煜在获得德国德累斯顿工业大学博士学位后，回国开创和发展胶体化学和表面化学的研究。
从 50 年代初开始，他致力于工业上广泛使用的催化剂担体研究，结合水煤气合成石油的钴催化剂和合成氨催化剂的催化性能研究，逐步建立了物理吸附、化学吸附等一系列研究方法，提出了表面键理论的设想，并以
此为指导，研制成功了合成氨新流程的 3个催化剂，在当时达到了国际先进水平。
改革开放以来，特别是自1983 年以来的30 年，我国胶体与界面化学学科得到了长足发展，近10 年发展尤为迅猛。
1983 年成立了中国化学会物理化学专业委员会胶体与界面化学学科组，赵国玺为首任组长，马季铭为第二任组长。
该学科经过23 年的建设和发展，于2006 年升格为胶体与界面化学专业委员会。
近年来，胶体化学在生物传感器及纳米生物医学领域的应用研究得到了迅速发展，并愈来愈受到人们的普遍关注，这一新兴的交叉学科前沿领域已经成为国内外研究的热点。
基于仿生膜在传感器中的应用江龙院士等［2］在葡萄糖氧化酶膜中引进LB 膜以扩大电流响应的宽容度，采用聚吡咯以提高响应电流。
由于这一工作牵涉到仿生模拟膜的许多理论问题，又涉及糖尿病病毒和细菌的检测，因此引起人们的普遍注意。
在1991 年第五届国际 LB膜会议上，教授在其大会邀请报告中，专门介绍了江龙实验室的工作。
江龙等利用变色泡囊以检测病毒和细菌的研究是自1993 年开始的，他们首次成功地利用非聚合的方法将糖脂结合到泡囊之中，形成了可变色泡囊，使这种泡囊在遇到细菌时也能变色，为病毒和细菌的检测提供了新型重要途径［3,4］。
在生物有序组合体的研究中，江龙等观察了葡萄糖氧化酶细菌视紫红质等生物体对不同憎水链长的中性和带电糖脂单分子膜的插膜现象，证明了弱作用力等在形成仿生有序组合体中的重要作用，是使生物体保持螺旋和活性的重要条件，这一证明对制备仿生分子器件具有重要意义［5］。
基于金纳米胶体的生物传感器的构建与应用马占芳等［6］提出了一种基于金纳米棒的局部表面等离子共振吸收峰(LSPR) 来快速敏感检测如人IgG 蛋白质的方法。
该设计理念可以延伸至使用不同比率的金纳米棒进行光学编码而同时对多个生物分子检测，并在免疫检测和疾病治疗方面有广泛的潜在的应用。
他们又以二氧化硅球作为模板制备了金纳米棒包覆二氧化硅核壳粒子，用这些核壳粒子标记上拉曼分子对巯基苯胺( 4-ATP) ，然后再通过Stober 方法把标记拉曼分子的核壳粒子再包裹上一层纳米二氧化硅壳，用这种复合结构的粒子通过表面增强拉曼散射(SERS ) 信号来检测蛋白质分子，达到单组分生物免疫检测的目的。
基于单分子层荧光传感薄膜的超灵敏爆炸物探测仪研制房喻等发现将荧光活性小分子芘以柔性疏水长臂固定于玻璃基质表面，得到的薄膜对有机铜盐表现出很好的传感特性，而对无机铜盐几乎没有响应。
这种选择性被归因于有机酸根对连接臂层的特殊亲和性使得其可以靠近传感元素分子芘，电荷平衡的原因使得猝灭剂铜离子可以靠近芘，从而导致荧光猝灭，据此提出了“连接臂层屏蔽效应”和“二维溶液模型概念”［7］。
依据这一概念，设计制备了灵敏度高、选择性好的苦味酸荧光传感薄膜，相关工作被美国化学会Chem.Eng.News 选作Heart Cut 论文。
他们将具有超级猝灭效应的共轭荧光寡聚物单层化学组装于玻璃基质表面，得到了灵敏度高、选择性好、使用寿命长的硝基芳烃类爆炸物检测薄膜，并发展了相应的可组网、高性能、便携式爆炸物探测仪［8］。
此外界面化学还促进了许多工业和技术的发展，如能源开发、催化、矿物浮选、胶片生产、印染、色谱、液膜分离、海水淡化、农药的分散和乳化及其应用、“轻水”泡沫灭火、以及人工降雨等［9］。
物质世界中的生命现象也与胶体和界面化学密切相关，可以说生物体即是一种高级的极其复杂的胶体体系，其中存在着各式各样的胶体和各种界面。
所以胶体化学和界面化学的规律在生命现象中有重要的作用；而研究胶体化学和界面化学的许多方法和原理也常用以研究生命科学。
生物膜的研究即为一典型例子。
胶体和界面化学中关于表面吸附膜、单（双）分子膜、胶团以及囊泡的研究,就是对细胞膜很好的模拟(或半模拟),由此可以了解成膜分子在膜中的定向排列，以及膜在传质、传能过程中所起的作用，进而探索生命的奥秘［10］。
生物体中存在的表面活性物质,如胆盐及其与磷脂的混合物,以及肺表面活性剂等，可以称之为生物表面活性剂。
它们在生物体内所起的作用和发生的变化过程，在许多方面实际上就是典型的胶体和界面化学的作用和过程。
在物质世界中，无处不有分散体系，表面和界面也无所不在，故胶体与界面化学与其他学科以及生产有着广泛而密切的联系。
大至宇宙、天文、气象、地理，小至细胞，皆有胶体和界面存在；在所有工、农业生产中，几乎很难找到与胶体与界面化学无关的现象。
参考文献
[1] 江龙，胶体化学概论，科学出版社，2002.
[2] Z Ma，J Li，L ngmuir,1999,15:489~493.
[3] Z Ma,J Li,M Liu et al.J.Am.Chem.Soc.,1998,120:12678~12679.
[4] C X.Guo,P Boullanger,T Liu et al.J.Phys.Chem.B,2005,109:18765~18771.
[5] V Rosilio,M M Boissonnade, J Zhang et ngmuir,1997,13:4669~4675.
[6] C G Wang, Y Chem,Z F Ma et al.Chem.Mater.,2007,19:5809~5811.
[7] F T Lv,L N Gao,Y Fang et al.Adv.Funct.Mater.2008,18:355~361.
[8] 郭荣，我国胶体与界面化学的发展，化学通报，2012(75).1
[9] 胡纪华、杨兆禧、郑忠，胶体与界面化学，华南理工大学出版社，1997.03.
[10] 沈钟、赵振国、王果庭，胶体与表面化学，化学工业出版社，2004.08.。
