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纳米生物传感器的制备及应用近年来随着生物技术的不断发展，纳米生物传感器逐渐成为生物医学领域的热点之一。
纳米生物传感器是一种能够利用纳米技术制备出来的生物传感器，可以利用其极小的尺寸、高灵敏度和高选择性等特点，在诊断、治疗和监测等方面有着广泛的应用前景。
本文将重点介绍纳米生物传感器的制备及应用。
一、纳米生物传感器的制备纳米生物传感器的制备是纳米科技和生物技术结合的产物。
纳米技术能够制备出尺度位于1-100 nm之间的纳米材料，而生物技术则是指利用生物体内的各种分子来进行信号转换和信号放大等生物学过程。
制备纳米生物传感器的关键在于纳米材料的制备。
目前常见的纳米材料包括金纳米粒子、石墨烯、量子点等。
其中最常用的是金纳米粒子。
金纳米粒子具有极小的尺寸和高比表面积，且其表面容易修饰，可以直接与生物分子结合，因此广泛应用于生物传感器中。
制备纳米生物传感器的步骤如下：1. 制备纳米材料纳米材料的制备有多种方法，常用的包括化学还原法、电化学法、激光法等。
以金纳米粒子为例，化学还原法是制备金纳米粒子的最常用方法。
该方法需要用到还原剂、表面活性剂等辅助剂，将金离子还原成金纳米粒子。
2. 修饰纳米材料表面修饰纳米材料表面是为了增加其稳定性和生物相容性。
常用的修饰方法有包覆、架桥、修饰共价键等。
3. 免疫学试剂的选择和制备纳米生物传感器主要应用于生物活性分子的检测，如蛋白质、DNA等。
因此，选择适合的免疫学试剂是非常关键的。
目前常用的免疫学试剂有抗体、抗原、制备的纳米颗粒等。
4. 免疫反应的选择和实施选择适合的免疫反应方法是制备纳米生物传感器的关键，目前常用的免疫反应方法有荧光免疫法、电化学免疫法、电化学生物传感器等。
二、纳米生物传感器的应用纳米生物传感器的应用领域很广泛，主要包括医学诊断、药物研发、食品检测等方面。
下面我们将重点介绍纳米生物传感器在医学诊断中的应用。
1. 肿瘤标志物检测肿瘤标志物是指在癌症细胞内产生的特定蛋白质或糖类等物质，其浓度的改变可能表明肿瘤的存在和发展。
纳米技术在生物传感与检测领域的新进展与应用前景随着纳米科学和纳米技术的不断发展，纳米技术在各个领域的应用也越来越广泛，其中生物传感与检测领域是一个备受关注的领域。
纳米技术在生物传感与检测领域的新进展为生物医学领域带来了许多有益的应用，同时也为科学家们开启了一扇通往未来的大门。
纳米技术在生物传感与检测领域的新进展为快速、灵敏和精确的生物传感器的研发提供了新的途径。
纳米材料具有独特的物理、化学和生物性质，可以被用来制造高度灵敏的生物传感器。
例如，纳米金颗粒可以通过表面增强拉曼散射技术（Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS）实现超灵敏的分子检测和成像。
通过将纳米金颗粒与特定的生物分子结合，可以实现对微量生物分子的高度特异性检测。
纳米材料还可以用于制造纳米电机、纳米阻值传感器等新型生物传感器，提高传感器的灵敏度和响应时间。
纳米技术在生物传感与检测领域的新进展为疾病早期诊断和个性化治疗提供了新的手段。
纳米技术可以用于制造纳米颗粒和纳米传感器，用于检测和监测生物标志物，从而实现早期疾病的诊断。
通过将纳米颗粒或纳米传感器注入患者体内，可以实时监测血液中的生物标志物浓度，提供及时的诊断结果。
纳米技术还可以用于制造纳米药物载体，将药物精确送达至病灶，避免对健康组织的损伤，实现个性化治疗。
再次，纳米技术在生物传感与检测领域的新进展为环境监测和食品安全提供了新的方法。
纳米材料可以被用来制造高灵敏度、高选择性的传感器，用于监测环境中的有害物质和食品中的污染物。
例如，纳米金颗粒和纳米管可以被用来制造高灵敏的气体传感器，用于检测空气中的有害气体。
纳米技术还可以用于制造快速检测食品中的重金属、农药残留和细菌的纳米传感器，提高食品安全的监测能力。
纳米技术在生物传感与检测领域的新进展也为药物开发和基因工程提供了新的思路。
纳米技术可以用于制造纳米胶囊和纳米载体，用于药物的传递和基因的传递。
通过将药物或基因包裹在纳米胶囊或纳米载体中，可以提高药物的稳定性和生物利用度，增强基因的传递效率。
生物传感器的研究进展与应用研究在现代科学领域中，生物传感器是一种广泛应用的技术，不仅在医疗保健领域有重要的应用，也被广泛应用于环境监测、工业生产等领域。
生物传感器的研究已经发展了几十年，历经多次革新和进步，如今已形成了包括电化学传感器、光学传感器、质谱传感器、生物发光传感器等多种类型的传感器。
本文旨在概述生物传感器的基本原理和分类，以及目前已有的主要研究进展和应用研究。
一、生物传感器的基本原理及分类生物传感器作为一种生物分析技术，主要是利用生物反应的特异性和灵敏性将生物分析过程转化为可测量的电、光、声等信号，从而实现对生物分子的快速、精确检测。
生物传感器按照其信号转换机制可以分为电化学传感器、光学传感器、质谱传感器、生物发光传感器等多种类型。
其中，电化学传感器是利用电化学反应过程的一系列物理和化学变化，对反应过程中发生物质转化的电流、电势变化等参数进行检测和记录。
这种传感器具有灵敏度高、选择性好、响应速度快等优点，广泛应用于环境污染监测、食品检测、医学诊断等领域。
光学传感器是利用光学传感器反射特性基于光学原理进行测量，其中包括表面增强拉曼光谱传感器、表面等离子体共振传感器等等。
质谱传感器基于质谱分析原理，用来检测生物分子的质量和结构。
而生物发光传感器基于生物体内活性荧光物质特性，利用荧光发射强弱进行检测和记录。
二、生物传感器的主要研究进展随着科技不断发展，生物传感器也在不断地发展中。
生物传感器的主要研究进展体现在以下几方面。
1、灵敏度提高近年来，生物传感器的灵敏度得到了不断提高。
传统的“热点”识别法、荧光共振能量转移、表面等离子体共振等技术的出现为生物传感器的灵敏度提高提供了有力的支撑。
此外，研究人员也通过改变传感器表面形貌、优化传感器的工作液、加强传感层对于目标分子的覆盖度等方法提高灵敏度。
2、多样化应用生物传感器的应用范围越来越广泛。
传统的医疗监测、环境监测等领域，已经可以应用到食品安全、生物制药、无机化学等领域。
纳米生物传感器的开发与应用近年来，随着生物技术和纳米技术的不断发展，纳米生物传感器的研究成为生命科学中的一个新兴领域。
纳米生物传感器的开发与应用能够识别并监测体内与环境中的微量生物和化学物质，为人们提供了更加精准和可靠的分析和检测方法。
本文将对纳米生物传感器的开发与应用做一些简单的剖析。
一、纳米生物传感器的基本原理纳米生物传感器是一种基于生物分子与纳米材料相互作用的检测元件。
其中，生物分子通常是蛋白质、酶或核酸等生物分子，而纳米材料则包括量子点、纳米管、纳米棒等。
纳米生物传感器的基本原理与常规的传感器相同，都是将被测物质转化为易于测量的信号。
例如，一种在纳米材料表面固定的酶（或抗体等生物分子）会获得一种特定的反应，这个反应能够被传感器观察和记录下来。
这样的原理具有高灵敏度和特异性。
其测量范围从几个纳摩尔到一百多微米，可以通过不同的信号转换器转换成一种可观察的形式，例如荧光，电阻，电容，光学信号等。
二、纳米生物传感器的开发与研究方法在纳米生物传感器的开发和研究过程中，通常使用的方法有三大类。
第一类是纳米材料制备方法。
通过不同的制备方法制备出各种纳米材料，例如氧化钛、石墨烯等材料。
这些纳米材料通常具有特定的物理和化学性质，可以用于构建纳米生物传感器的基础结构。
通过选择不同的纳米材料和制备方法，纳米生物传感器具有不同的灵敏度和选择性。
第二类是生物分子的选择和调控方法。
通过选择适合的生物分子，并将其与纳米材料的表面结合，实现对被测生物分子的选择性识别。
当前最热门的方法是使用抗体或核酸分子。
这些分子选择性地识别目标生物分子，并将识别事件转换成可测信号。
第三类是传感器测量技术的选择。
从信号转换技术，到检测器的选择，以及信号放大、信号过滤、数字信号在数据传输过程中的处理等各个方面都需要选择合适的技术。
例如，可以采用荧光信号转化或电化学转换等技术来转换信号。
特别是，利用新的互联技术，可以使用可重复且低成本的制造方法实现大规模高效率纳米生物传感器。
研究纳米生物传感器的原理和应用近年来，随着纳米技术的不断发展，纳米生物传感器逐渐成为了研究的关注点之一。
作为一种新型的传感器，它结合了纳米技术和生物技术，具有高灵敏度、高选择性以及低成本的特点，被广泛应用于医疗、环保、食品安全等众多领域。
一、纳米生物传感器的原理纳米生物传感器的构成主要有三个部分：传感器芯片、生物传感材料和信号测量系统。
其中，传感器芯片是整个传感器的核心部分，采用了纳米技术的先进制造工艺。
生物传感材料是与传感器芯片直接接触的部分，其将生物分子与传感器芯片相结合，实现特定分子的识别。
信号测量系统则用来采集、处理和解析传感器芯片输出的信号。
传感器芯片的制造通常采用化学合成、电子束曝光、离子束曝光等技术，以制备出纳米级特征的传感器芯片。
传感器芯片具有复杂的结构和形貌，如球形、棒形、六角柱状等，其制备的成功影响着纳米生物传感器信号检测的灵敏度和特异性。
生物传感材料通常是选择性地密集固定在传感器芯片上的火花放电、自组装等方法。
这些生物分子可以是抗体、蛋白质、核酸等，它们固定到传感器芯片的表面上，形成生物分子层。
因为固定的生物分子是选择性的，所以只有目标分子与生物分子相结合时才会输出信号，从而实现特定分子的识别。
信号测量系统是用来采集、处理和解析传感器芯片输出的信号的部分。
通常，信号测量系统由电子电路、计算机软件、传感器芯片输入/输出等组成。
信号测量系统的作用是实时检测并解析传感器芯片的信号，以获得目标物质的定量或定性信息。
这种技术只需要眼睛看得到的样品，不需要试剂显色等额外操作，大大提高了传感器的应用平台。
二、纳米生物传感器的应用纳米生物传感器具有高灵敏度、高选择性以及低成本的特点，被广泛应用于医疗、环保、食品安全等众多领域。
医疗领域：纳米生物传感器被广泛应用于疾病的早期诊断和治疗。
例如，可用于检测某些疾病标志物，如心脏肌钙蛋白、血糖、肿瘤标志物等。
当传感器芯片上特定分子与样品中的分子发生结合时，利用信号测量系统即可极其精确地检测到目标物质的存在，这为疾病的早期诊断和治疗提供了一个更加精确和快捷的方法。
纳米生物传感器在食品检测中的应用研究在当今社会，食品安全问题成为了人们关注的焦点。
传统的食品检测方法耗时耗力，而且准确度有限。
而纳米生物传感器作为一种新型检测方法，具有高灵敏度、高特异性和实时检测等优点。
本文将介绍纳米生物传感器在食品检测中的应用研究及未来发展方向。
一、纳米生物传感器原理和技术纳米生物传感器是利用生物分子与纳米材料之间的相互作用来检测、分析信号的一种技术。
纳米生物传感器的原理是利用生物分子在检测物质存在时发生结构改变，导致电阻、电容、电流、电压等参数发生变化，然后将这种变化转换为信号输出，最后通过计算机分析获得待检测物质的相关信息。
纳米生物传感器的核心部分是纳米材料，包括纳米颗粒、纳米线、纳米管等。
二、纳米生物传感器在食品检测中的应用研究1. 残留农药检测纳米生物传感器在残留农药检测中的应用被广泛关注。
研究人员将金纳米颗粒与酶感受器结合，制成纳米生物传感器，在检测过程中，当有害物质存在时，酶会发生结构变化，进而导致金纳米颗粒聚集、凝集或分散，导致电阻、电容、电流、电压等参数发生变化，最后转换为信号输出，即可检测到残留农药的存在。
2. 检测微生物污染纳米生物传感器可用于检测微生物污染，例如食品中的细菌和病毒。
研究人员制备了芯片型的纳米生物传感器，该传感器可频繁更换生物分子，以适应不同的生物样本和标准，从而实现高灵敏度的微生物检测。
3. 食品中的重金属检测重金属对人体健康具有潜在的威胁，因此食品中的重金属检测至关重要。
利用金纳米颗粒制成的纳米生物传感器可在食品中检测微量重金属。
传感器通过测定金纳米颗粒的表面等离子共振峰位移来检测重金属，具有快速、准确的优点。
三、纳米生物传感器在食品检测中的未来发展方向1. 基于智能手机的检测设备基于智能手机的检测设备是一种新的纳米生物传感器开发方向。
研究人员正在利用智能手机的成像和计算功能，制备易于使用和便携的食品检测设备。
这种设备将极大地降低检测成本，提高检测效率，使人们更容易检测食品安全问题。
生物传感器技术的研究现状与应用前景生物传感器技术是利用生物材料对外界生物、化学或物理刺激的敏感性，研究构建敏感、选择性、响应快、精密、高灵敏度传感器的技术。
该技术对健康监测、基因检测、环境监测等领域有着广泛应用前景。
下面将详细探讨生物传感器技术的研究现状和应用前景。
一、研究现状1. 生物传感器技术的发展历程生物传感器技术最早用于生物体内物质的检测，随后逐渐扩展到环境污染检测、食品药品检测等领域。
生物传感器技术的发展历程大致可以分为三个阶段：传统生物传感器、纳米生物传感器和纳米阵列生物传感器。
传统生物传感器采用酶、抗体或细胞等生物材料作为生物元件，并将其固定在传感器上实现信号转化。
这种方法已有很长时间的应用历史，但它的缺点在于其对特定结构的生物元素的制备和注射技术的依赖性较强。
纳米生物传感器可以使用纳米材料或纳米元件作为元件，这样传感器可以更加敏感、灵活和可靠，因此在生物、医学和环境领域有着广泛的应用前景。
同时，纳米材料的结构比传统材料更加复杂，可以在更低的浓度和更短的时间内识别和检测目标分子。
纳米阵列生物传感器可以将不同的纳米材料排列在不同的位置上，形成一种动态的传感器阵列。
由于不同位置上的纳米材料响应性能不同，因此可以实现具有高灵敏度的传感器。
同时，这种方法还允许对多个目标物进行同时检测。
2. 具体研究方向生物传感器技术的研究方向涉及到很多领域，包括纳米材料合成和表征、生物材料制备和表征、传感器制备和表征、信号传递机制等，这些领域的整合和交叉相互影响，推动了该技术的发展。
以下是生物传感器技术的一些具体研究方向：(1) 材料的选择和整合：石墨烯、磁性纳米粒子、金属-有机框架和生物纳米材料等已经被应用于生物传感器的制备中。
(2) 信号转换机制：传感器信号转换机制的研究是生物传感器技术的重要领域之一。
目前，电化学、荧光光谱法、表面等离子共振等传感器技术已经被广泛应用。
(3) 传感器芯片制备和表征：传感器芯片的制备是生物传感器技术中的关键性问题。
新型纳米生物传感器的设计与应用随着生物技术和纳米科技的发展，新型纳米生物传感器的设计和应用在生物医学、环境监测、食品安全等领域广泛应用。
本文将着手介绍新型纳米生物传感器的设计和应用。
1. 纳米生物传感器的概念与分类纳米生物传感器是一种基于纳米技术和生物技术相结合的新型检测技术，具有高灵敏度、高选择性、速度快、成本低等优势。
根据其信号转换方式和检测目标，可以将纳米生物传感器分为电化学传感器、荧光传感器、质谱传感器、表面等离子共振传感器等多种类型。
2. 新型纳米生物传感器的设计原理借助纳米材料的独特性质，如表面积大、活性高、生物相容性、光学、电化学等，将生物分子与纳米材料结合，通过生物分子的特异性识别某些生物分子、细胞或病原体等。
再通过纳米材料的电化学、荧光等特性，将生物分子的识别过程转换为信号输出。
从而实现对生物分子的检测和分析。
3. 新型纳米生物传感器的应用(1) 生物医学领域：纳米生物传感器可用于早期癌症、心脑血管疾病等的诊断和治疗。
如针对脑血管病的纳米生物传感器，可通过荧光探针检测脑血管疾病标志物。
(2) 环境监测领域：纳米生物传感器可用于水、空气、土壤等危害物质的检测。
如对水中毒性有机物检测的纳米生物传感器，可通过荧光探针检测水中的毒性有机物含量。
(3) 食品安全领域：纳米生物传感器可用于检测食品中的有毒有害物质，如重金属、农药等。
如对食品中重金属铅的检测的纳米生物传感器，可通过电化学信号输出检测食品中铅的含量。
4. 新型纳米生物传感器的未来纳米生物传感器在生物医学、环境检测、食品安全等领域有广阔的应用前景。
未来，纳米生物传感器将朝着更多样化、精准化、网络化发展，如大规模阵列化、多重检测方法、移动检测装置等。
同时，纳米生物传感器的发展也面临一些挑战和问题，如信噪比问题、数据分析问题等，需要相关领域专家共同探讨。
总之，新型纳米生物传感器的设计和应用已经是一个重要的研究方向。
随着科技的不断进步和纳米生物传感器的不断发展创新，相信在生物医药、环境检测、食品安全等领域都能够得到广泛的应用和推广。
纳米传感器的研究与应用随着科学技术的不断发展，纳米材料在各个领域中的应用也越来越广泛，其中纳米传感器的研究与应用引起了人们的广泛关注。
纳米传感器是一种利用纳米材料制作出来的传感器，具有高灵敏度、高精度、小尺寸、低成本等优点，广泛应用于医疗、环保、食品安全等领域，为人们的生活提供了更高效、更精确的检测手段。
一、纳米传感器的研究进展近年来，随着科技的快速发展，纳米传感器的研究也得到了长足的进展。
研究人员通过采用多种纳米材料，如碳纳米管、纳米金和石墨烯等，对纳米传感器的性能进行了优化和提升。
其性能优势主要来源于纳米级别的材料特性和大比表面积，可以极大地提高传感器的灵敏度和稳定性。
一方面，纳米传感器在医疗方面的应用也走在了前列。
研究人员通过将纳米传感器与体内的生物分子相互作用，可以实现早期癌症诊断、病原体检测和药物递送等功能。
这些技术的发展，大大缩短了医学诊断的时间，提高了医学治疗的效果。
另一方面，纳米传感器在环保方面的应用也呈现出很大的潜力。
例如，通过利用纳米传感器进行空气、水质监测，可以实现对各种污染物的快速检测和定量分析。
这对环保问题的解决有着重要的意义。
二、纳米传感器在食品安全方面的应用在食品安全领域，纳米传感器也扮演着重要角色。
随着食品安全问题的日益凸显，纳米传感器的出现为食品安全监测提供了更为便捷、高效且可靠的手段。
对于曾经食品安全监测难以解决的问题，例如食品中的添加剂、重金属等有害物质的检测问题，纳米传感器可以通过准确识别其中的化合物来判断食品是否安全。
此外，纳米传感器还可以通过检测食品中的营养物质等，帮助人们掌握食品的营养成分，鼓励人们摄入更为健康的食物。
三、纳米传感器的发展前景在未来，纳米传感器作为一种具有广阔潜力的技术，将会有着更加广泛的应用前景。
预计在未来几年内，纳米传感器的应用市场规模将会高速增长，成为热门的研究领域。
除此之外，纳米传感器的发展还存在一系列待解决的问题。
例如，如何解决纳米传感器与生物体分子的相互作用问题，如何进一步优化其稳定性、灵敏度和响应速度问题等等。
纳米生物传感器的研制及应用前景在当今世界，生命科学和纳米技术正在飞速发展，两者的结合极大地推动了科学技术的进步。
这也引出了一个新兴领域：纳米生物传感器。
纳米生物传感器利用纳米技术的特殊性质在微观尺度下检测生物分子的某些特定特征，如蛋白质、DNA等。
通过这种方式，纳米生物传感器可以非常精确地检测生物分子，以监测或诊断疾病，或者用于药物开发等领域。
这种技术已经引起了人们的广泛关注，因为它具有极大的应用前景和潜力。
纳米生物传感器的研制纳米生物传感器的研制涉及多个领域，如微纳加工技术、纳米材料学、生物医学工程、化学工程等。
其核心是设计和制造纳米结构，并在纳米层次上控制材料的属性和结构，以满足生物分子检测的需求。
纳米生物传感器的制造常用的技术有：纳米光子学、基于场效应晶体管的生物传感器、表面等离子共振生物传感器等。
其中，表面等离子共振生物传感器因其高灵敏度，快速检测和易操作等优点，已成为主流技术。
纳米生物传感器的应用前景纳米生物传感器在医学、环境、食品安全等领域具有广泛应用的前景。
以下几个方面说明了它们的应用前景：1.疾病检测纳米生物传感器可用于检测生物标志物，如蛋白质、DNA等，以用于早期诊断和治疗。
例如，一种基于金纳米颗粒的生物传感器，可以检测肿瘤标志物，通过检测体液中微量化学物质的存在，来进行癌症的诊断。
2.药物研发纳米生物传感器可以用于药物研发中的试验检测。
药物的开发需要在体外或体内模拟条件下进行临床试验和分析，而纳米生物传感器可以精确地检测药物的效果，并在早期发现并解决潜在问题。
3.环境检测纳米生物传感器可以检测和监测环境中的污染物和有害物质，以帮助保护大自然和人类健康。
例如，可以开发一种基于纳米传感器的水污染检测器，它可以检测水中微观颗粒和化学物质的存在，以保证公众饮水水源的质量。
4.食品安全纳米生物传感器可以用于检测食品中的有害物质，如重金属、农药残留等。
这有助于确保食品安全和健康。
例如，通过检测食品中的微量化学物质，可以确定食品是否合格，以防止食品中毒和其他健康问题的发生。
纳米生物传感器的研究进展及其应用 张雯歆 【摘要】 :随着纳米技术在生物传感器领域的不断引入, 纳米生物传感器在 灵敏度的提高, 检测限的降低, 线性检测范围的拓宽以及响应时间的缩短等方面 的性能得到了很好的改善。 本文主要对纳米颗粒、 纳米纤维、 纳米管以及纳米量 子生物传感器在酶、免疫以及 DNA 等生化领域检测方面应用的研究进展进行简 单的概述。
【关键词】:纳米材料 生物传感器 应用 Advances of Research on application of Nano-materials in biosensors 【 Abstract 】 :With the development of nanotechnology , the unique properties of nano-materials realize an objective to improve sensitive sensor with a wide linear range, a highly reproducible response, long-term stability and so on. The application of nano-materials (such as nanoparticle, nanofiber, nanotube in biosensor fields introduced. The development of this field prospected in the future.
【 Keywords 】 :nano-materials; biosensors; application 纳米技术和生物技术是 21世纪的两大领先技术, 在这两者之间存在着许多 技术交叉,其中,纳米生物传感技术已然引起了研究领域的广泛关注。
生物传感器是一类特殊形式的传感器,由固定化的生物敏感材料作为识别 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与适 当的理化换能器及信号放大装置构成 , 具有接受器与转换器的功能 , 从而能够检测 多种生命和化学物质。纳米技术主要是针对尺度为 1 nm~100 nm之间的分子世 界的一门技术。 该尺寸处在原子、 分子为代表的微观世界和宏观物体交界的过渡 区域,因此有着独特的化学性质和物理性质,如表面效应、微尺寸效应、量子效 应和宏观量子隧道效应等, 呈现出常规材料不具备的优越性能。 纳米技术引入生 物传感器领域后, 提高了生物传感器的灵敏度和其它性能, 并促发了新型的生物 传感器的发展。 但纳米生物传感器还正处于起步阶段, 目前仍有具有很大的研究 价值和应用空间。本文就将对纳米生物传感器的有关进展与应用做一综述。 1. 纳米颗粒生物传感器 1.1 酶传感器 酶传感器是最早发展起来的生物传感器。利用酶在生化反应种特殊的催化 作用,可使糖类、醇类、有机酸、氨基酸、激素、三磷酸腺营等生物分子,在常 温下迅速被分解或氧化。 反应过程中消耗或产生的化学物质即可用转换器转变为 电信号记录下来。 1967年 ,Updike SJ 和 Hicks GP 把葡萄糖氧化酶固定化膜和氧 电极组装在一起,制成了第一代酶传感器。近 20年来 , 纳米材料的飞速发展对酶 传感器的发展产生了极大的促进作用 , 各类纳米酶生物传感器不断涌现。目前国 际上已经研制成功的酶传感器有十几种,如葡萄糖、乳酸、尿素、尿酸、过氧化 氢、 胆固醇和氨基酸等传感器。 但酶传感器仍在不断地进行研究和开发, 以达到 酶传感器的完全实用化和商品化。
将纳米颗粒应用于酶传感器 , 提高了传感器的灵敏度 , 缩短了电流响应时间 , 增强了抗干扰能力等。 国内外学者对纳米颗粒增强葡萄糖氧化酶 (GOD生物传感 器开展了大量研究。结果表明 :葡萄糖生物传感器具有选择性高、测试简便、快 速的特点, 是检测葡萄糖浓度最常用的方法。 人的血液和体液中含有许多干扰物 质,通过引入纳米颗粒,还可以改善葡萄糖传感器抗干扰性能。如路会冉 [6]采用 电流置换 的方法 制备 出 Ag-Pt 中空 纳米 颗粒, 并 将其制 备成 制备 Ag-Pt HNPs/CS/Au电极。该电极对于体内可能存在的抗坏血酸以及氯离子基本不受影 响;重现性和稳定性较好。由于 Cu-Pt 中空合金纳米颗粒的制备反应条件更加 温和,且成本更低,制备 Cu-Pt HBNPs/CS/Au 电极,同样可以用于含抗坏血酸 以及氯离子对葡萄糖的检测;重现性和稳定性较好。
1.2 免疫传感器 免疫传感器是由特异抗体与载体结合而成,其对特定的抗原分子具有选择 性的识别能力。 利用纳米金的特异性强、 非特异性吸附作用小、 电子密度大等特 点 , 可以改善免疫传感器的灵敏性。纳米级界面具有较强和明显黏附力活性位点 的比例优于普通界面, 同时能够使表面抗体分布均匀, 提高其活性率, 从而提高
免疫传感器的效率。 Lin Y Y等人 [2]制备了以 CdSe/ZnS纳米颗粒为标记物的免疫层析电化学传 感器 , 实现了人类血清中前列腺特异性抗原的检测。 Zhang L Y等人 [2]将抗体固定 在纳米金 /L—半胱氨酸电极上 , 发展了一种新型的无介无标记免疫传感器。程琼 等人采用化学键合法将乙肝抗体固化在自行制备的纳米磁性高分子功能微球表 面 , 利用免疫夹心反应原理 , 采用示差脉冲伏安法检测血清中乙肝表面抗原。 Lin 等 [1]将纳米金颗粒组装在铟 -锡电极的壳聚糖膜层上来吸附固定癌胚抗原,通过 o- 苯二胺 -H2O2-HRP 电化学体系检测用辣根过氧化物酶标记的抗体含量研究 发现抗体的检测限为 1.0ng/ml 在 2.0-20ng/ml 内具有良好的线性关系。
1.3 DNA 传感器 DNA 传感器是一种伴随着基因工程技术发展而开发出来的一种新型生物 传感器。纳米粒子的特殊结构 , 使其具有其他材料无法比拟的良好的光学和电学 性质。 再加上它的生物相容性 , 使其成为 DNA 生物传感器的理想材料。 将纳米颗 粒引入 DNA 传感器 , 可提高固载的 DNA 量 , 能增强和放大很多电化学检测信号 , 使 DNA 的检测更加灵敏、 可靠。 此类传感器可用于检测靶 DNA, 测定 DNA 序列、 DNA 突变等。
张瑛洧等利用银纳米粒子与 DNA 之间紧密的结合使之有很高的荧光猝灭 效率的原理来检测核酸,对于完全互补和碱基错配的 DNA 序列具有良好的区分 能力。 Liu S F [10]用电沉积法直接在金电极上制备纳米金 , 采用循环伏安法表征了 DNA 的固定与杂交 , 发现 DNA 的固定与杂交量大大提高 , 灵敏度显著改善。 Lu W等人 [11]采用光电化学方法 , 利用纳米金颗粒修饰以 TiO 2为衬底的 DNA 探针 , 实现 了 DNA 杂交的定量检测和非互补碱基对的识别。
1.4 微生物传感器 微生物传感器的测定原理有二种类型 :一类使利用微生物同化底物时消耗 氧的呼吸作用 ; 另一类是利用不同的微生物含有不同的酶,把它作为酶源。 Tan 等人 [5]采用生物修饰的纳米颗粒,通过荧光信号为基础的免疫试验,快速、准确 地检测出单个大肠杆菌 0157:H7,该方法甚至能发展到 384孔微平板的多菌样
本高通量检测。 因此, 用针对不同细菌的特异性抗体来修饰纳米颗粒, 这项纳米 生物技术就能用来检测多种来源的细菌病原体。
2. 纳米管生物传感器 在纳米管生物传感器的研究中,碳纳米管(CNTs 管最为常见,可分为单 壁碳纳米管和多壁碳纳米管。 CNTs 具有良好的导电性、催化活性和较大的比表 面积, 因此被广泛用于修饰电极的研究。 分散性良好的碳纳米管在水溶液或丙酮、 甲醇等有机溶剂中可观察到很强的荧光发射。 基于其独特的电学和光学性质, 碳 纳米管对周围的环境极其敏感,所以可以将其应用于化学传感器。
2.1 酶传感器 酶的结构复杂,活性中心通常包埋于酶内部,很难实现酶与电极间的直接 电子转移。 碳纳米管具有良好的导电性、 稳定性和生物兼容性, 将酶固定到碳米 管表面可以保持酶的生物活性, 有效地促进酶与传感器之间快速、 直接的电子转 移, 提高酶生物传感器的检测速度、 稳定性和使用寿命。 目前已经发展了多种葡 萄糖氧化酶类传感器应用于葡萄糖的检测中, 还可应用于有机磷类化合物的分析 检测。
Dhand 等 [1]将 PANI 和多壁碳纳米管的胶体悬浮液,通过电泳技术沉积在 铟 锡氧化物包被的玻电极上共价固定胆固醇氧化酶制成的胆固醇传感器反应速 度快,灵敏度高,且 12周后酶的存活性也依然非常高,是可能大规模商业化的 生物传感器之一。 Odaci D等人 [12]利用碳纳米管修饰碳糊电极 , 制得了吡喃糖氧化 酶传感器 , 该传感器可用于样品酒中葡萄糖的测定等。
2.2 DNA 传感器 将 DNA 特有的分子识别功能与碳纳米管的优良性能相结合,通过化学吸 附、共价联接、静电吸附等方法将 DNA 固定在碳纳米管上,以期获得性能更加 优良的 DNA 生物传感器。唐婷等人 [2]就利用纳米碳管修饰金电极对特定序列 DNA 进行了检测。 多壁碳管 /铂碳电 MWCNT(Multiple-Wall-Carbon-Nano-Tube/Glassy Carbon 电极可以应用于无标记杂交体的检测,增强的鸟嘌呤信号归于提供的界
面积累而并非电催化反应。 鸟嘌呤和腺嘌呤氧化峰的增加, 电极同样可以通过其 它研究来进行观察,并应用于小牛胸 DNA 的无标记分析检测。还有研究发现, 绝缘 MWCNT 电极阵列的端基通过碳二酰亚胺化学衍生与探针 DNA 连接, Ru (bpy 32+应用于目标分子鸟嘌呤碱基氧化的媒介其检测限低至几千个 DNA 分 子。 美国宾夕法尼亚大学的研究人员在最近的实验表明, 碳纳米管与柯萨奇腺病 毒 (coxsackie— adenovirus 受体的共价官能团可作为生物传感器, 专门检测腺病毒 中的蛋白质。
2.3 免疫传感器 碳纳米管共价修饰抗体或其他受体后,不产生细胞毒性,也不会影响抗体 或受体的免疫活性, 近年来该方法在免疫传感器方面的应用逐渐增加。 有研究表 明 CNT 在免疫传感中具有识别和传导双重作用,扮演了酶的携带以及酶反应抗 原抗体识别释放产物的积累。利用单壁碳纳米管制备了高度灵敏的生物传感器, 用于检测多种癌细胞标记物。碳纳米管还可用于检测植物毒素。 Drouvalakis K A等人 [15]将缩氨酸包被在纳米管上 , 制得可探测人类血清中特定疾病的自身抗体的 免疫传感器。
