1、纳米生物传感器湖南大学物电院 仅供学习使用第1页生物传感器生物识别单元具有专一选择性,能够取得极其高灵敏度;信号转换器通常是一个独立化学或物理敏感元件,可采用电化学、光学、热学、压电等多种不一样原理工作第2页 纳米材料是指三维空间中最少有一维处于纳米尺度(1 100nm)范围内材料或由它们作为基本单元组装而成结构材料,纳米材料 (1)表面效应。纳米粒子表面原子数与总体原子数之比随粒径变小而急剧增大,从而引发数与总体原子数性质上突变 (2)小尺寸效应。当纳米粒子尺寸与传导电子波长及超导态相干长度等物理尺寸相当或更小时,周期性边界条件将被破坏,熔点、磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化性能等与普通粒
2、子相比都有很大改变。（3）量子尺寸效应。颗粒尺寸下降到一定值时,可将大块材料中连续能带分裂成份立能级,能级间间距随颗粒尺寸减小而增大。（4)宏观量子隧道效应第3页 纳米电化学生物传感器是将纳米材料作为一个新型生物传感介质,与特异性分子识别物质如酶、抗原、抗体、DNA 等相结合,并以电化学信号为检测信号分析器件。纳米电化学生物传感器第4页 纳米颗粒在电化学生物传感器中应用非常广泛。纳米粒子因为含有大比表面积和很高表面自由能,在吸附固定生物分子方面能够饰演主要角色,用于生物分子固定,能够增加固定分子数量,从而增强反应信号。金溶胶纳米颗粒因为吸附生物大分子后仍能保留其生物活性,因而最初广泛用于电子显
3、微镜中标识生物分子。纳米颗粒金溶胶又称胶体金，是金盐被还原成金单质后形成稳定、均匀、呈单一分散状态悬浮在液体中金颗粒悬浮液。金溶胶颗粒由一个金原子及包围在外双离子层组成第5页纳米金粒子是最惯用到。因为纳米金较大比表面积、较高催化活性以及很好表面控制性，使得基于纳米金粒子构建生物传感器含有非同寻常特征。纳米金粒子引入能显著增加基因分析灵敏度以及序列特异性。第6页纳米颗粒也能够用来定位肿瘤，荧光素标识识别因子，与肿瘤受体结合，能够在体外用仪器显影确定肿瘤大小和位置。另一个主要方法是用纳米磁性颗粒标识识别因子，与肿瘤表面靶标识别器结合后，在体外测定磁性颗粒在体内分布和位置，从而给肿瘤定位第7页伴随温
4、度由26升高到36度，能够清楚观察到细胞内水凝胶发光增强现象。荧光纳米水凝胶由对温度敏感聚合物和对水敏感荧光团组成，升高温度时聚合物发生收缩，荧光团与水隔离，荧光强度增强。反之，荧光强度降低。细胞内定量温度测量可对单个细胞内荧光点强度求和得到。第8页 碳纳米管共价修饰抗体或其它受体后，不产生细胞毒性，也不会影响抗体或受体免疫活性，近年来该方法在免疫传感器方面应用逐步增加。碳纳米管有着优异表面化学性能和良好电学性能，是制作生物传感器理想材料。美国宇航局艾姆斯研究中心利用碳纳米管技术开发出一个新型生物传感器，能够探测水和食物中极其微量特殊细菌、病毒、寄生虫等病原体。这种新型生物传感器利用超灵敏碳纳
5、米管制成，能够探测到含量极低病原体。利用单壁碳纳米管制备了高度灵敏生物传感器，用于检测各种癌细胞标识物。碳纳米管还可用于检测植物毒素碳纳米管第9页近日，美国麻省理工斯塔力诺试验室研发出一个传感器，可经过皮下植入人体，并可在一年内检测人体内一氧化氮含量。该时长创下了纳米传感器人体植入时长新纪录。据悉，该传感器由碳纳米管所组成，还能够开发用于检测诸如葡萄糖等其它分子感应器。斯塔力诺教授正在为糖尿病人开发新型感应器，如若成功，患者就无需再进行血液样本检测。一氧化氮是人体细胞中最主要信使分子之一，其主要作用是在大脑和其它免疫系统功效中传递信息。在很多癌症细胞中，一氧化氮数量相当不稳定，但医学界至今对健
6、康和癌症细胞中一氧化氮表现形式差异仍了解不深。第10页石墨烯石墨烯含有极高电导率、热导率、及出众机械强度；而且作为单原子平面二维晶体，石墨烯在高灵敏度检测领域含有独特优势。然而当前人们对石墨烯与生物界面却知之甚少，这一问题研究对于石墨烯能否应用于生物电子学至关主要。第11页国家纳米科学中心方英课题组和美国哈佛大学Lieber课题组合作首次成功制备了石墨烯与动物心肌细胞人造突触。研究人员首先经过纳米加工技术得到高信噪比石墨烯场效应晶体管集成芯片，进而在芯片表面培养鸡胚胎心脏细胞。研究发觉，石墨烯和单个心肌细胞之间形成稳定接触，实现了对细胞电生理信号高灵敏度、非侵入式检测。更主要是，该研究第一次实现了经过门电势偏置引发同一石墨烯器件n型和p型工作模式转变，进而在细胞电生理过程中得到了相反极性石墨烯电导信号，充分证实了测量生物信号电学本质。另外，研究人员深入比较了不一样尺寸石墨烯生物传感器、石墨烯与硅纳米线集成传感体系对同一心肌细胞检测，为发展高集成纳米生物传感阵列提供了理论指导和试验基础。第12页
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