納米材料在生物傳感器方面的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

1、納米材料在生物傳感器方納米材料在生物傳感器方面的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望面的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望引言引言納米技術(shù)和生物技術(shù)是21世紀(jì)研究的兩大重要科學(xué)技術(shù)。近年來，由二者交叉而來的納米生物傳感技術(shù)已成為研究的前沿技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。在過去的十年，大量的新型納米材料作為生物傳感器得到應(yīng)用，并取得了巨大的進(jìn)展。這些新的檢測(cè)方法較傳統(tǒng)方法更加靈敏、選擇性更好及實(shí)用性更廣。目前基于不同納米材料研制的生物傳感器，已經(jīng)應(yīng)用于臨床診斷、工業(yè)控制、食品和藥物分析（包括生物藥物研究開發(fā)）、環(huán)境保護(hù)以及生物技術(shù)、生物芯片等的研究中。納米生物傳感器分類納米生物傳感器分類 按照納米材料結(jié)構(gòu) 1.納米粒 2.納米線、納米管 3.石墨

2、烯、氧化石墨烯 4.復(fù)合納米材料納米粒納米粒 將功能性納米顆粒（電學(xué)性、光學(xué)性和磁性）固定在生物大分子（多肽、蛋白和核酸）上 特殊的光電化學(xué)性質(zhì) 優(yōu)良的生物催化特性 良好的導(dǎo)電性能 優(yōu)良的生物相容性 良好的穩(wěn)定性 特殊的抗氧化-還原能力納米金掃描電鏡圖納米粒納米粒在金納米顆粒表面包被肌紅蛋白二抗，先將其加入待測(cè)標(biāo)本中，使其與標(biāo)本中的抗原（肌紅蛋白）相結(jié)合，形成蛋白膠體金復(fù)合物，此復(fù)合物再與生物傳感表面的肌紅蛋白一抗結(jié)合，引起更高的折射率的改變，產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)，該方法最低檢測(cè)線可達(dá)0.18ng/mL. 納米金微粒局域表面等離子共振傳感方法檢測(cè)心肌梗死標(biāo)志物肌紅蛋白的原理納米線、納米管納米線、納米管

3、將功能性分子（納米粒子、DNA、RNA探針、酶、抗體等）沉積或組裝在納米線或納米管的表面1.FET（場(chǎng)效應(yīng)晶體管）類型 （應(yīng)用最廣）易于集成免標(biāo)記接近單分子水平抗干擾能力強(qiáng)選擇性強(qiáng)納米線、納米管納米線、納米管生物分子的定性與定量分析（以檢測(cè)DNA為例）當(dāng)檢測(cè)目標(biāo) DNA時(shí)，先將與目標(biāo)DNA互補(bǔ)的DNA探針固定在納米材料表面上，目標(biāo) DNA 與探針 DNA 的特異性雜交引起納米材料的電荷密度發(fā)生改變，從而引起器件電導(dǎo)的變化，通過檢測(cè)納米 FET 生物傳感器電信號(hào)的變化來測(cè)定DNA靶分子的含量，此種方法的檢測(cè)靈敏度可達(dá)1fmol/L，并能夠很好的區(qū)分單堿基錯(cuò)配序列。檢測(cè)蛋白質(zhì)和其他生物分子的原理與

4、之類似。被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域疾?。[瘤、糖尿病、心肌梗塞等）的診斷納米線、納米管納米線、納米管2.基于單聚苯胺納米線的檢測(cè)肌紅蛋白的傳感方法單聚苯胺納米線是一種有機(jī)納米材料，其比無機(jī)納米材料具有更好的生物相容性，基于單聚苯胺納米線的檢測(cè)肌紅蛋白的傳感方法已顯示出其獨(dú)特的性能。為實(shí)現(xiàn)多標(biāo)志物聯(lián)合檢測(cè)，以及進(jìn)一步提高檢測(cè)靈敏度，單聚苯胺納米線和微流體技術(shù)相結(jié)合的用于檢測(cè)心臟標(biāo)志物的電導(dǎo)傳感器已被研發(fā)。結(jié)合單聚苯胺納米線與微流體通道技術(shù)，能夠檢測(cè)到更低濃度的心肌損傷標(biāo)志物，其中Myo、CTnl、CK-MB、BNP的檢測(cè)下限分別為0.1ng/mL、0.25ng/mL、0.15ng/mL、0.05ng/

5、mL。此傳感器線性范圍寬，具高靈敏度和高特異性，檢測(cè)速度快（只需幾分鐘），且可用于多個(gè)標(biāo)志物聯(lián)合檢測(cè)，適合于即時(shí)檢驗(yàn)。石墨烯、氧化石墨烯石墨烯、氧化石墨烯 將功能性分子（納米粒子、DNA、RNA探針、酶、抗體等）吸附或結(jié)合固定在石墨烯的表面 高靈敏度 免標(biāo)記 選擇性強(qiáng) 強(qiáng)度較大 導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好 極好的彈性石墨烯、氧化石墨烯石墨烯、氧化石墨烯近期，CAI等報(bào)道了用還原的氧化石墨烯(R-GO)組裝的FET生物傳感器高靈敏、免標(biāo)記地檢測(cè)DNA。肽核酸(PNA)探針通過-堆積結(jié)合在R-GO表面。當(dāng)加入靶DNA與PNA雜交后，檢測(cè)的電信號(hào)曲線會(huì)發(fā)生左移;而加入非互補(bǔ) DNA 時(shí)，曲線基本上沒有變化，從

6、而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)DNA特異性的檢測(cè)。該方法的檢測(cè)限可以達(dá)到100 fmol/L，比其它石墨烯FET生物傳感器檢測(cè)DNA的檢測(cè)限低了1個(gè)數(shù)量級(jí)。復(fù)合納米材料復(fù)合納米材料（1）導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物具有良好的導(dǎo)電性能，是構(gòu)建生物傳感器的新型有機(jī)納米材料。而聚吡咯納米粒子導(dǎo)電聚合物與其它導(dǎo)電聚合物相比具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性和生物相容性，因而在生物傳感器領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。有文章報(bào)導(dǎo)將吡咯/N-(2-羧乙基)吡咯納米粒子(AuNp-PPy-PPa）導(dǎo)電聚合物用于石墨烯電極表面構(gòu)成新型生物電極檢測(cè)肌紅蛋白。在玻碳電極的石墨烯表面（RGO)合成含有金納米顆粒的吡咯/N-(2-羧乙基)吡咯納米薄膜(AuNP-PPy-

7、PPa），構(gòu)成AuNP-PPy-PPa/RGO多聚納米膜，此多聚納米膜具有具有良好的電化學(xué)活性、電化學(xué)穩(wěn)定性。然后在其表面共價(jià)偶聯(lián)肌紅蛋白抗體，構(gòu)成免疫阻抗傳感器，在PBS中即可進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜分析，實(shí)現(xiàn)肌紅蛋白的定量檢測(cè)，其檢測(cè)的線性范圍為10ng/mL1g/mL.復(fù)合納米材料復(fù)合納米材料（2）馬達(dá)式生物傳感器通過在微/納米馬達(dá)的表面修飾不同的生物識(shí)別分子 (如抗體、適配體等)，制備馬達(dá)式生物傳感器。利用生物分子間的特異性反應(yīng)，該馬達(dá)式生物傳感器可進(jìn)行目標(biāo)分子的特異性識(shí)別、運(yùn)輸、分離和富集，同時(shí)結(jié)合外磁場(chǎng)的作用實(shí)現(xiàn)靶向運(yùn)輸及治療。相較于其他生物傳感器，馬達(dá)式生物傳感器由于其特有的自主運(yùn)動(dòng)性能，可對(duì)未經(jīng)處理的樣品進(jìn)行在位檢測(cè)，無需繁瑣的清洗和分離步驟，已逐步應(yīng)用于生物分子的檢測(cè)。展望展望納米生物傳感器的免標(biāo)記、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、高靈敏度和高選擇性的特點(diǎn)已經(jīng)使其在當(dāng)今很多領(lǐng)域有