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高性能生物传感器的纳米“开关”

2013-06-13 14:32
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  近日,据国际知名期刊报道,中国科学院化学研究所光化学院重点实验室赵永生课题组利用高比表面积的一维纳米材料,制备出一种更加灵敏的电化学发光纳米生物传感器。该项研究也为低维纳米材料制备生物传感器提供了重要的理论和实验依据。

  赵永生对记者表示,随着科技的进步,传感器和光学元件都将趋于小型化和集成化。有机低维纳米材料由于其独特的结构和新颖的物理、化学性质,在生物传感、纳米光子学领域中展现出广阔的应用前景。

  纳米材料提高检测性能

  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。

  据赵永生介绍,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。

  赵永生称,纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等,使得其表现出奇异的化学、物理性质。

  例如常见的碳纳米材料,特别是碳纳米管、石墨烯等,就表现出优良的力学性能、导电性能、表面性能及独特的电化学性质。

  此前,研究人员就曾用琼脂糖将葡萄糖氧化酶和连接了二茂铁的单壁碳纳米管固定在玻碳电极表面,实现了对葡萄糖的快速灵敏检测。碳纳米管的引入还能够显着提高电化学敏感膜中电活性物质的氧化还原可逆性,同时消除了溶解氧对测定的干扰。

  在赵永生看来,纳米材料应用于电化学生物传感器领域后,不仅提高了传感器的检测性能,而且提升了传感器的化学和物理性质以及它对生物分子或细胞的检测灵敏度,检测时间也得以缩短,与此同时还实现了高通量的实时分析检测。

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