纳米材料在生物传感器方面的应用现状及展望

1、纳米材料在生物传感器方纳米材料在生物传感器方面的应用现状及展望面的应用现状及展望引言引言纳米技术和生物技术是21世纪研究的两大重要科学技术。近年来，由二者交叉而来的纳米生物传感技术已成为研究的前沿技术得到了迅猛的发展。在过去的十年，大量的新型纳米材料作为生物传感器得到应用，并取得了巨大的进展。这些新的检测方法较传统方法更加灵敏、选择性更好及实用性更广。目前基于不同纳米材料研制的生物传感器，已经应用于临床诊断、工业控制、食品和药物分析（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等的研究中。纳米生物传感器分类纳米生物传感器分类 按照纳米材料结构 1.纳米粒 2.纳米线、纳米管 3.石墨

2、烯、氧化石墨烯 4.复合纳米材料纳米粒纳米粒 将功能性纳米颗粒（电学性、光学性和磁性）固定在生物大分子（多肽、蛋白和核酸）上 特殊的光电化学性质 优良的生物催化特性 良好的导电性能 优良的生物相容性 良好的稳定性 特殊的抗氧化-还原能力纳米金扫描电镜图纳米粒纳米粒在金纳米颗粒表面包被肌红蛋白二抗，先将其加入待测标本中，使其与标本中的抗原（肌红蛋白）相结合，形成蛋白胶体金复合物，此复合物再与生物传感表面的肌红蛋白一抗结合，引起更高的折射率的改变，产生检测信号，该方法最低检测线可达0.18ng/mL. 纳米金微粒局域表面等离子共振传感方法检测心肌梗死标志物肌红蛋白的原理纳米线、纳米管纳米线、纳米管

3、将功能性分子（纳米粒子、DNA、RNA探针、酶、抗体等）沉积或组装在纳米线或纳米管的表面1.FET（场效应晶体管）类型 （应用最广）易于集成免标记接近单分子水平抗干扰能力强选择性强纳米线、纳米管纳米线、纳米管生物分子的定性与定量分析（以检测DNA为例）当检测目标 DNA时，先将与目标DNA互补的DNA探针固定在纳米材料表面上，目标 DNA 与探针 DNA 的特异性杂交引起纳米材料的电荷密度发生改变，从而引起器件电导的变化，通过检测纳米 FET 生物传感器电信号的变化来测定DNA靶分子的含量，此种方法的检测灵敏度可达1fmol/L，并能够很好的区分单碱基错配序列。检测蛋白质和其他生物分子的原理与

4、之类似。被广泛应用于医学领域疾病（肿瘤、糖尿病、心肌梗塞等）的诊断纳米线、纳米管纳米线、纳米管2.基于单聚苯胺纳米线的检测肌红蛋白的传感方法单聚苯胺纳米线是一种有机纳米材料，其比无机纳米材料具有更好的生物相容性，基于单聚苯胺纳米线的检测肌红蛋白的传感方法已显示出其独特的性能。为实现多标志物联合检测，以及进一步提高检测灵敏度，单聚苯胺纳米线和微流体技术相结合的用于检测心脏标志物的电导传感器已被研发。结合单聚苯胺纳米线与微流体通道技术，能够检测到更低浓度的心肌损伤标志物，其中Myo、CTnl、CK-MB、BNP的检测下限分别为0.1ng/mL、0.25ng/mL、0.15ng/mL、0.05ng/

5、mL。此传感器线性范围宽，具高灵敏度和高特异性，检测速度快（只需几分钟），且可用于多个标志物联合检测，适合于即时检验。石墨烯、氧化石墨烯石墨烯、氧化石墨烯 将功能性分子（纳米粒子、DNA、RNA探针、酶、抗体等）吸附或结合固定在石墨烯的表面 高灵敏度 免标记 选择性强 强度较大 导电导热性能良好 极好的弹性石墨烯、氧化石墨烯石墨烯、氧化石墨烯近期，CAI等报道了用还原的氧化石墨烯(R-GO)组装的FET生物传感器高灵敏、免标记地检测DNA。肽核酸(PNA)探针通过-堆积结合在R-GO表面。当加入靶DNA与PNA杂交后，检测的电信号曲线会发生左移;而加入非互补 DNA 时，曲线基本上没有变化，从

6、而实现对目标DNA特异性的检测。该方法的检测限可以达到100 fmol/L，比其它石墨烯FET生物传感器检测DNA的检测限低了1个数量级。复合纳米材料复合纳米材料（1）导电聚合物导电聚合物具有良好的导电性能，是构建生物传感器的新型有机纳米材料。而聚吡咯纳米粒子导电聚合物与其它导电聚合物相比具有良好的环境稳定性和生物相容性，因而在生物传感器领域应用更为广泛。有文章报导将吡咯/N-(2-羧乙基)吡咯纳米粒子(AuNp-PPy-PPa）导电聚合物用于石墨烯电极表面构成新型生物电极检测肌红蛋白。在玻碳电极的石墨烯表面（RGO)合成含有金纳米颗粒的吡咯/N-(2-羧乙基)吡咯纳米薄膜(AuNP-PPy-

7、PPa），构成AuNP-PPy-PPa/RGO多聚纳米膜，此多聚纳米膜具有具有良好的电化学活性、电化学稳定性。然后在其表面共价偶联肌红蛋白抗体，构成免疫阻抗传感器，在PBS中即可进行电化学阻抗谱分析，实现肌红蛋白的定量检测，其检测的线性范围为10ng/mL1g/mL.复合纳米材料复合纳米材料 （2）马达式生物传感器通过在微/纳米马达的表面修饰不同的生物识别分子 (如抗体、适配体等)，制备马达式生物传感器。利用生物分子间的特异性反应，该马达式生物传感器可进行目标分子的特异性识别、运输、分离和富集，同时结合外磁场的作用实现靶向运输及治疗。相较于其他生物传感器，马达式生物传感器由于其特有的自主运动性能，可对未经处理的样品进行在位检测，无需繁琐的清洗和分离步骤，已逐步应用于生物分子的检测。展望展望纳米生物传感器的免标记、实时监测、高灵敏度和高选择性的特点已经使其在当今很多领域有