纳米传感器进展

纳米传感器研究进展

THERESEARCHPROGRESSOFNANOSENSORS主讲人：张书豪指导老师：金星龙纳米技术和传感技术的结合当今纳米技术的发展，不仅为传感器提供了良好的敏感材料，例如纳米粒子、纳米管、纳米线、纳米薄膜等，而且为传感器制作提供了许多新颖的构思和方法，例如纳米技术中的关键技术STM，研究对象向纳米尺度过渡的MEMS技术等。与传统的传感器相比，纳米传感器尺寸减小、精度提高等性能大大改善，更重要的是利用纳米技术制作传感器，是站在原子尺度上，从而极大地丰富了传感器的理论，推动了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域纳米传感器的分类按照纳米材料结构一、纳米化学和生物传感器；二、纳米气敏传感器；三、其他类型的纳米传感器（压力、温度和流量等）；一、纳米生物传感器的分类按照纳米材料结构纳米粒子；纳米线；纳米微管和多孔纳米结构；光纤纳米生物传感器；纳米级微加工。纳米技术引入化学和生物传感器领域后,提高了化学和生物传感器的检测性能,并促发了新型的化学和生物传感器。因为具有了亚微米的尺寸、换能器、探针或者纳米微系统,该种传感器的化学和物理性质和其对生物分子或细胞的检测灵敏度大幅提高,检测的反应时间也得以缩短,并且可以实现高通量的实时检测分析1、纳米粒子将功能性纳米颗粒（电学性、光学性和磁性）固定在生物大分子（多肽、蛋白和核酸）上声波生物传感器纳米胶体修饰检测分子引起石英晶体微天平的频率改变的检测原理示意图光学生物传感器光共振固定纳米金属颗粒引起反射光的共振加强荧光标记定位肿瘤荧光湮灭基团金纳米颗粒用于通用的荧光湮灭物的示意图磁性生物传感器

磁性材料标记生物分子结合分子识别磁场分离和检测电化学生物传感器生物标记胶体金生物分子固定硅纳米颗粒催化剂载体金属纳米颗粒FETs类型半导体电子器件易于集成直接电信号输出免标记超高的灵敏度接近单分子水平应用于检测蛋白质和DNA，A型流感病毒检测限达到10-18M2、纳米线PatolskyF.,LieberC.M.,MaterialsToday2005,8:20-283、纳米微管和多孔纳米结构单壁碳纳米管多壁碳纳米管比表面积大；活性位点多；促进生物分子的电子传递作用；增加固定化生物分子的总量和生物活性SWNT表面固定葡萄糖氧化酶，酶的催化活性比普通碳电极高一个数量级；基于碳纳米管的电致化学发光生物传感器

检测-胎蛋白碳纳米管阵列生物传感器铂衬底上生长NWNT,作为电流计生物传感器WohlstadterJ.N.,et.al.Adv.Mater.,2003,15:1184-1187SotiropoulouS.,et.al.,Biosens.Bioelectron.,2003,18:211-215纳米多孔硅单晶硅进行电化学腐蚀；室温下发射可见光；高比表面积500m2/cm3；与现有硅加工技术相容。表面固定寡核苷酸、生物素或抗体等识别分子，检测光干涉和折射率的变化。

LinVS,MoteshareiK,DancilKS,etal.Science,1997,278:840-8434、光纤纳米生物传感器体积微小灵敏度高不受电磁场干扰，不需要参比器件插入细胞内部，单细胞在线测量

拉制光纤末梢，并包上铝衣或银皮－表面抗体修饰－放在倒置显微镜的微定位系统中,进行细胞穿刺和检测，PMT记录产生的荧光

BPT苯并吡四醇最低检出限10-21mol单细胞BPT含量检测的纳米光纤传感器

DinhTV,AlarieJP,CullumBM,etal.,NationalBiotechnology,2000,18:764-7675、纳米微加工技术集成电路制造工艺和方法光刻薄膜生长/沉积离子注入腐蚀和键合Nano-electromechanicalsystem(NEMS)纳米微悬臂梁阵列生物传感器纳米微悬臂梁阵列生物传感器的扫描电镜图表面固定具有不同识别性的分子，构成阵列式传感器McKendryR,ZhangJ,etal,ProcNatlAcadSciUSA,2002,99:9783~9788磁力爽放大狂悬臂移梁生馒物传葵感器细胞很、蛋角白质暑、毒扶素和DN未A检测吧灵敏若度可艳达10-1秧8MBa絮se便lt蝴D森.R窜.,哗Le嘱e千G.姥U.狸,C浓ol脱to心n差R.控J.迹,J宣.V受ac柄.S云ci咏.T摧ec贪hn挂ol搂.B堵,1烈99扔6,宪14员:7疯89宽-7饭93磁力逢放大暴悬臂务梁生华物传趣感器摸的结元构示讯意图纳米侧生物委传感轨器的理研究沃进展美国Ri懒ce大学阻的纳稳米光续学实捐验室哪将一稠种被参称为姻“纳抖米星鸦”麻的微般小黄夺金颗负粒制判成有扭效的液化学攻感应舍器。便“纳脊米星您”纤汇集巴现在嫩正研砌究的勤光子桶颗粒药的最盯好性鬼质,其表狗面的郑每一师个颗顽粒都及有着雪唯一草的光划谱信萝号,初步下的测掩试表牺明这俊些信鞠号可嫁以用捕来确译定纳熄米星会的三捉维方天向,为开灰展三勺维分劣子检段测工墓作打会下坚颠实的象基础锅。美国糕耶鲁缎大学详用传载统方牢法研塘制出郑一种畅简易拖而敏有感的还硅材府料纳旋米生茫物传秃感器,这在坚理论广上使乔纳米误传感涝器可押以大叨量生家产。咐在抗戚体或龟者其抬它生庆物分向子上咬覆盖碰了一号层直暂径为30备nm的纳负米线,使其总能够才捕获好特定激种类惰的蛋批白质绣。中科杰院上莲海应皂用物伞理所告研制茂出一煮种新旬型的女电化睬学DN遮A纳米次生物瓜传感献器,其特肿色是友通过祸对电诸极界弃面纳壳米尺纤度的地精细站调控,同时拆引入横金纳常米粒绢子进富行电币化学注信号死放大,从而腿显著腹提高震了DN脚A检测予的灵源敏度服。扬州五大学岁的纳亭米Ca抹CO3固定件生物融分子求制备绳生物趋传感笔器的袜方法,属于插以无老机材太料纳距米Ca兆CO3为载搜体固梁定蛋体白质惧等生划物分料子制保备生纯物传欢感器鞭的方益法。逗制备踪蝶出的禽生物秆传感喜器稳伙定性搬好、历灵敏梢度高思、重倡现性算好,而所惩需的误生物照分子冶的量亿少。二、壶纳米孟气敏惧传感盏器气敏怎传感庄器上论和敏绕感气渡体接变触的辜表面淹附着积了一竿层纳菊米涂抓层作渔为敏屑感材磁料，刃用于波改善弱传感脸器的术灵敏凝度和动性能煤。用零使维的库金属拿氧化败物半购导体阁纳米读颗粒淘、碳趣纳米园管及帜二维亿纳米份薄膜垂等都戚可以爸作为匠敏感馒材料梯构成市气敏乓传感嘴器。纳米俗气敏关传感净器的谷研究等中,主要字方向量之一甲是在期气体垂环境承中依线靠敏漫感材做料的饥电导秩发生趣变化石来制劣作气记敏传双感器浑。在能这些阵纳米搞敏感准材料顿中加盲入贵骡重金怎属纳毙米颗摔粒(例如Pt和Pd猜)候,大大烘增强箱了选妖择性,提高意了灵糕敏度,降低菊了工侧作温浊度。纳米痰气体裙传感帆器另滑一个局主要马方向桐是用疮多壁只纳米捉管制素作气堤敏传侮感器位用多敬壁碳凝纳米橡管制缝作气欣敏传园感器医。碳亏纳米笨管自19烤91年被铲发现奖以来,其独挣特的早性质匠及制命备工除艺得扛到了拦广泛邻的研并究,而多稀壁碳鼻纳米亩管具猫有一掘定的皮吸附红特性,由于贱吸附狭的气咱体分俩子与夫碳纳弄米管肺发生剪相互庭作用,改变资其费活米能箭级引疗起其杯宏观混电阻足发生交较大狸改变,通过别检测说其电嗓阻变普化来摆检测秀气体闪成分,可用伪作气羞敏传栽感器痛。纳米胆气敏领传感稀器的延研究碌进展美国控研究删人员辈研制石的“夕纳米牵传感垂器灾”能妇够监站测太设空飞碗船中弯的微凡量气咽体。捡该纳从米传有感器彼由感评应材顽料的匠微小兽的碳雾纳米皮管构烈成,能够惑在太惕空环份境和啄发射常时的爽剧烈餐振动利和重幕力不忽断变苗化中授完好辈保存落下来,能探才测到忠每一华种科盯学家京所期爪望探此测到疗的化真学物禁质。浴当微杏小的问化学孩物质锣接触澡到感杆应材洋料后竟，它网将引池起某摧种化首学反矩应,导致堵流经披传感轮器的寻电流有放大粒或缩号小。美国孩加利挤福尼辱亚大动学研坦制成谁功了锡一种由能够青自动妻鉴定雨气体育成份洪的“臭电子通鼻出”。战其安严装了配由只呀有2m悼m2的传土感芯诱片,芯片谣上集耍成的刃传感叠器有膛大量向碳纳封米管靠组成,能够福捕捉途到化诊验对瘦象中钩的各拐种气验体分佛子。兔而传送感器为获得谱的有兽关被狐测气坏体的仍信息彩将传韵递给鼓计算雁机进苹行分搂析,从而宴得出有气体迹的具滩体成骗份,可投却入批夺量生丸产且凡价格胆便宜补。三、笨其他黎类型尖纳米锄传感颜器（1）电讨阻应倒变式铸纳米索压力绘传感勉器,这种岭电阻蚁应变足式纳期米膜锅压力但传感漏器,测量糟精度标和灵忧敏度宏高、目体积周小、挣重量谊轻、于安装押维护秃方便,可稳斑定和隆可靠棕的测尚量压懂力参烛数（2）利围用一湾些纳情米材绝料的桂巨磁籍阻效软应,已经黄研制盾出了外各种颜纳米烈磁敏班传感载器（3）在斧光纤旺传感梨器基嗓础上漆发展窃起来该的纳老米光期纤生危物传弓感器,不但嚷具有拾光纤到传感成器的披优点,而且欣由于场这种滨传感暑器的点尺寸炎只取妹决于沿探针据的大供小,大大规减小助了测贪微传杜感器珠的体睡积,响应软时间余大大张缩短,满足胆了测晨量要躬求实驳现的辅微创吓实时撒动态猛测量跪。其他困类型立纳米想传感雀器研启究进年展美国匪近年敞在纳酷米基