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纳米生物技术打开传感器未来发展之门

导读: 生物传感器是用固定化的生物体成分,如酶、抗原、抗体、激素等,或者是生物体本身的细胞、细胞器、组织等作为传感元件制成的传感器。

  从细菌到人,所有生物都在使用“生物分子开关”来监测环境。此类“开关”,即由RNA或蛋白制成、可改变形状的分子。这些“分子开关”的诱人之处在于:它们很小,足以在细胞内“办公”,而且非常有针对性,足以应付非常复杂的环境。

  受到这些天然“开关”的启发,纳米生物传感器应运而生。

  生物传感器是用固定化的生物体成分,如酶、抗原、抗体、激素等,或者是生物体本身的细胞、细胞器、组织等作为传感元件制成的传感器。

  按所用分子识别元件的不同,生物传感器可分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等;按信号转换元件的不同可分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器、测声型生物传感器等。

  其中,电化学生物传感器由于具有体积小、分辨率高、响应时间短、所需样品少、对活细胞损伤小等特点,广泛应用于医药工业、食品检测和环境保护等领域。

  如今,纳米技术的介入更是为电化学生物传感器的发展提供了新的活力。

  低维有机材料成新宠

  在电化学纳米生物传感器的研究中,电化学发光由于具有较高的稳定性和较低的背景信号,其在检测中的应用也成为科学家的兴趣点。

  通过电化学氧化和还原的纳米材料,在电极表面可以和共反应剂反应,从而产生电化学发光。

  这项研究进一步凸显了利用高比表面积的一维纳米材料制备生物传感器,可以提高传感器的灵敏度。下一步,科学家们还将利用一维纳米材料构建纳米光子学生物传感器相关器件,实现纳米材料、光子学以及生物学三者的完美结合。

  未来发展趋势

  随着纳米技术和生物传感器交叉融合的发展,越来越多的新型纳米生物传感器涌现出来,如量子点、DNA、寡核苷配体等纳米生物传感器。

  在专家看来,未来纳米生物传感器的发展方向应该是集成多功能、便携式、一次性的快速检测分析机器,它可以广泛用于食品、环境、战场、人体疾病等领域的快速检测。

  例如,食品和饮料中病原体或者农药残留成分的快速灵敏检测;环境中污染气体或者污染金属离子等远程检测和控制;人体血液成分和病原体的快速实时检测,以及战场生化武器和爆炸物的快速检测。

  但新一代纳米生物传感器同样面临诸多挑战,如更高灵敏度、特异性、生物相容性、集成多种技术、检测方法简化、制备工艺、批量化生产、成本效益等。

  对此,分子自组装加工工艺简单可控,可以实现快速复制,而且成本较低,对生物传感器的发展有很重要的促进作用,有利于高灵敏度、低成本、一次性纳米生物传感器的发展。而生物分子自组装技术更值得关注,它具有天然的生物兼容性、优异的结合性能,或将成为生物传感器发展的另一个全新领域
 

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