纳米光学生物传感器的实验研究
纳米技术在生物传感器中的创新应用
纳米技术在生物传感器中的创新应用在当今科技飞速发展的时代，纳米技术作为一项前沿领域的关键技术，正以其独特的优势在生物传感器领域掀起一场创新的革命。
生物传感器是一种能够感知生物体内或环境中的生物分子信息，并将其转化为可测量的物理或化学信号的装置。
纳米技术的引入为生物传感器的性能提升、功能拓展以及应用范围的扩大带来了前所未有的机遇。
纳米技术之所以在生物传感器中展现出巨大的应用潜力，主要归因于其在材料特性和尺寸控制方面的卓越能力。
纳米材料具有极高的比表面积，这意味着它们能够提供更多的活性位点，与生物分子进行更有效的相互作用。
例如，纳米金颗粒、碳纳米管和量子点等纳米材料，由于其特殊的物理和化学性质，已成为构建高性能生物传感器的重要基石。
以纳米金颗粒为例，其表面等离子共振特性使得它在生物传感中具有出色的光学信号响应能力。
当生物分子与纳米金颗粒发生结合时，会导致其周围的折射率发生变化，进而引起颜色的改变。
这种颜色变化可以通过肉眼直接观察，或者借助简单的光谱仪器进行定量分析，从而实现对目标生物分子的快速检测。
此外，纳米金颗粒还可以作为载体，用于固定生物识别分子，如抗体、酶等，提高生物传感器的稳定性和灵敏度。
碳纳米管则凭借其优异的电学性能在生物传感器中大放异彩。
由于其独特的中空结构和高导电性，碳纳米管可以作为电子传递的快速通道，显著提高生物传感器的响应速度和检测限。
将生物识别分子修饰在碳纳米管表面，当目标生物分子与识别分子发生特异性结合时，会引起碳纳米管电学性能的改变，通过测量这种变化，就能够实现对生物分子的高灵敏检测。
量子点作为一种新型的纳米材料，具有出色的荧光性能。
其荧光强度高、稳定性好、发射波长可调节等优点，使其在生物传感器中成为一种理想的荧光标记物。
通过将量子点与生物识别分子结合，可以实现对生物分子的高灵敏、高选择性荧光检测。
与传统的有机荧光染料相比，量子点的荧光寿命更长，能够有效避免背景荧光的干扰，提高检测的准确性。
生物医学传感-纳米生物传感器
纳米生物传感器的应用领域
纳米技术开始应用于生物传感器领域，出现了一些基于纳米材料的生物传感器。
1990年代
2000年代
2010年代至今
随着纳米技术的不断发展，纳米生物传感器在灵敏度和特异性方面取得了显著提升。
纳米生物传感器在医学诊断、环境监测等领域得到了广泛应用，成为生物医学传感领域的重要分支。
03
代谢性疾病诊断
在疾病诊断中的应用
药物代谢研究
纳米生物传感器可以用于研究药物在体内的代谢过程，有助于了解药物的作用机制和副作用。
个体化用药
纳米生物传感器可以监测患者的药物浓度和反应，为个体化用药提供依据，提高治疗效果并降低副作用。
药物筛选
纳米生物传感器可用于高通量药物筛选，快速筛选出具有潜在疗效的药物候选物。
02
01
纳米生物传感器的发展历程
02
纳米生物传感器的原理与技术
纳米生物传感器利用纳米材料和生物分子的特性，通过与目标物质发生相互作用，产生可被检测的信号变化，实现对生物分子和环境参数的快速、灵敏和准确的检测。
纳米生物传感器的工作原理通常包括分子识别、信号转换和信号输出三个步骤。分子识别是利用生物分子（如抗体、酶、核酸等）与目标物质之间的特异性相互作用，实现目标物质的捕获和富集。信号转换是将生物分子与目标物质相互作用产生的变化转换为可检测的电信号或光信号。信号输出则是将转换后的信号进行进一步处理和显示，得到最终的检测结果。
微型化
纳米材料种类繁多，可以针对不同的生物分子和疾病标志物进行设计和优化，实现多样化的生物检测。
多样性
优势
稳定性问题
生物兼容性
批量生产
临床应用
挑战
01
02
纳米生物传感器的原理和操作流程
纳米生物传感器的原理和操作流程纳米技术的快速发展为生物科学研究带来了许多前所未有的机会。
纳米生物传感器作为一种创新的技术，已经成为生物分析领域的重要工具。
本文将介绍纳米生物传感器的原理和操作流程。
一、纳米生物传感器的原理纳米生物传感器基于纳米材料的特殊物理和化学特性，通过与生物分子的相互作用来检测和分析生物分子的存在和变化。
其原理主要包括以下三个方面：1. 纳米材料的特殊性能：纳米材料具有高比表面积、量子尺寸效应和表面增强效应等特殊性能。
通过纳米材料的特殊性能，可以增强分子的信号，提高传感器的灵敏度和选择性。
2. 生物分子的特异性识别：纳米生物传感器通过特殊的生物分子与目标分子的反应，实现对目标分子的特异性识别。
例如，可以利用抗体与抗原的特异性反应，或者利用核酸与其互补序列的特异性碱基配对反应。
3. 检测信号的转换和放大：纳米生物传感器通过将生物分子的识别事件转换为可观测的物理或化学信号，来进行目标分子的检测和测定。
常见的信号转换方法包括荧光、电化学和质谱等。
二、纳米生物传感器的操作流程纳米生物传感器的操作流程一般包括样品处理、生物分子识别、信号转换和结果分析等步骤。
下面将详细介绍每个步骤的操作流程。
1. 样品处理：样品处理是纳米生物传感器分析的关键步骤，可以对样品进行前处理和富集。
前处理可以包括蛋白质降解、核酸提取等操作，以提高目标分子的稳定性和纳米传感器的灵敏度。
富集可以通过分离纯化等技术提高分析物的浓度，减少干扰物质的存在。
2. 生物分子识别：生物分子识别是纳米生物传感器的核心步骤，需要选择合适的生物分子来与目标分子发生特异性反应。
常见的生物分子包括抗体、寡核苷酸和酶等。
生物分子识别可以在固相或溶液相进行，通常需要优化反应条件和选择适当的生物分子浓度。
3. 信号转换：纳米生物传感器通过将生物分子的识别事件转换为可观测的物理或化学信号来进行目标分子的检测和测定。
信号转换可以利用纳米材料的特殊性能，例如荧光探针的荧光强度变化、电极上的电化学反应和质谱分析等。
纳米生物传感器在癌症诊断中的应用研究
纳米生物传感器在癌症诊断中的应用研究随着生物技术和纳米技术的不断发展，纳米生物传感器的应用逐渐成为医学领域的热点研究。
在癌症的早期诊断方面，纳米生物传感器可以发挥重要的作用。
本文将介绍纳米生物传感器的基本原理、制备方法以及在癌症诊断中的应用研究。
一、纳米生物传感器的基本原理生物传感器是指通过生物材料检测特定化合物的装置，纳米生物传感器则是利用纳米材料作为传感元件。
纳米材料具有巨大的比表面和良好的化学活性，因此在生物传感器中应用得越来越普遍。
纳米生物传感器的基本原理是，在生物识别分子和感受器之间建立一个信号放大链。
当位于生物识别分子上的靶物质结合时，生物识别分子与感受器之间的信号放大链被激活，进而引起传感器的响应。
因此，纳米生物传感器是通过检测分子间相互作用的方式来实现特定目标分子的定量检测。
二、纳米生物传感器的制备方法纳米生物传感器的制备方法分为两类，一类是直接将生物识别分子修饰在纳米材料表面，另一类则是将生物识别分子与纳米材料通过非共价键结合。
在第一种方法中，经常使用的纳米材料有金纳米粒子、石墨烯、量子点等。
生物识别分子可以是抗体、DNA寡核苷酸、RNA分子或酶等。
将生物识别分子修饰在纳米材料表面，可以形成一个高度特异和灵敏的信号放大器。
这种方法的制备工艺相对简单，但可能会导致生物活性的损失。
而在第二种方法中，生物识别分子与纳米材料通过化学反应或靶分子介导的特异性相互作用结合在一起。
这种方法的制备工艺稍复杂，但可以保持生物识别分子的完整性和生物活性。
三、纳米生物传感器在癌症诊断中的应用研究纳米生物传感器在癌症诊断中的应用，主要集中在检测肿瘤标志物的含量和筛选肿瘤细胞。
肿瘤标志物是一些特定蛋白质或糖蛋白，在癌症患者中可能会出现异常的含量。
通过检测肿瘤标志物的含量，可以对癌症的早期诊断和疾病的监测提供指导意义。
而筛选肿瘤细胞，可以帮助医生更加准确地定位和评估肿瘤的发展状态。
例如，针对结直肠癌的诊断，研究者利用石墨烯和DNA寡核苷酸修饰的纳米金球构建了一种高灵敏的纳米生物传感器。
生物传感器的研究进展综述
生物传感器的研究进展综述一、本文概述生物传感器作为一种集成了生物识别元件和信号转换器的设备，其在生物、医学、环境、食品安全等领域的应用日益广泛。
本文旨在综述生物传感器的研究进展，包括其基本原理、分类、应用领域以及存在的挑战和未来的发展趋势。
我们将重点关注近年来在生物传感器领域的创新技术和研究成果，以期为读者提供一个全面而深入的理解。
我们将简要介绍生物传感器的基本原理，包括其工作机制和主要构成部分。
接着，我们将根据生物识别元件的不同，对生物传感器进行分类，并详细讨论各类生物传感器的特点和应用领域。
在此基础上，我们将重点分析近年来在生物传感器研究方面的主要进展，包括新材料、新技术和新方法的开发和应用。
我们还将探讨生物传感器在实际应用中所面临的挑战，如灵敏度、特异性、稳定性和寿命等问题，并就此提出可能的解决方案。
我们将展望生物传感器未来的发展趋势，预测其在未来可能的应用领域和发展方向。
通过本文的综述，我们希望能够为研究者提供一个关于生物传感器研究进展的全面视角，为其未来的研究和开发提供有益的参考。
二、生物传感器的基本原理与技术生物传感器是一种利用生物分子识别元件与物理或化学换能器相结合，对生物物质进行高选择性、高灵敏度检测的新型分析装置。
其基本原理是将生物分子识别过程（如酶促反应、抗原抗体反应、核酸杂交等）与信号转换器（如电化学电极、光学器件、压电晶体等）相结合，通过生物识别元件与待测物之间的特异性相互作用，将生物化学反应产生的信息转化为可检测的电信号、光信号或其他形式的信号，从而实现对待测物的定性或定量分析。
生物传感器的核心技术包括生物识别元件的制备与固定化技术、信号转换与处理技术，以及传感器的微型化与集成化技术。
生物识别元件的制备是实现生物传感器特异性与灵敏度的关键，常见的生物识别元件包括酶、抗体、核酸适配体、细胞和组织等。
信号转换与处理技术是生物传感器将生物识别信号转化为可测量电信号的核心，常见的信号转换方式有电化学转换、光学转换、热学转换等。
光学生物传感器技术及其应用研究
光学生物传感器技术及其应用研究生物传感技术在诊断、检测、预防和治疗疾病方面具有很大的潜力。
其中，光学生物传感技术作为一种新兴的传感技术，正在快速发展。
一、光学生物传感器技术原理及其类型光学生物传感器技术是一种利用光学方法来检测生物分子（如蛋白质、DNA 等）的传感技术。
其基本原理是通过检测被感应物质与探针结合后引起的光学信号变化来定量和检测被测量物质。
根据检测方法的不同，光学生物传感器技术可以分为吸收光谱法、荧光光谱法、表面等离子共振（SPR）等。
其中，荧光光谱法是最常用的一种方法。
它通过激发探针分子后发射出的荧光光谱来检测感兴趣的分子。
该方法具有高灵敏度、高选择性和快速响应的优点。
二、光学生物传感器技术应用研究光学生物传感器技术在多个领域有广泛的应用。
1.生物医学领域光学生物传感器技术的应用在生物医学领域具有很大的潜力。
例如在疾病诊断方面，利用荧光光谱法检测血液样品中特定蛋白质或病毒抗原，可以实现早期诊断。
2.环境监测领域光学传感器技术在环境监测领域的应用主要是检测环境中的重金属离子、有机物质等有毒物质。
例如，利用SPR技术开发的无标记光学传感器可以检测水中低浓度的有毒重金属。
此外，还可以利用感受器阵列技术开发出多种传感器，实现对多种环境有毒或污染物的检测。
3.食品检测领域光学生物传感器技术在食品检测领域也得到较为广泛的应用。
例如，通过开发高灵敏度、高选择性的光学生物传感器，可以对食品上的致病菌或有害物质进行快速、准确的检测。
4.生物分子检测领域在生物分子检测领域，光学生物传感器技术的应用主要是检测生物分子。
例如，通过荧光光谱法检测DNA序列，可以检测遗传疾病的存在。
三、未来发展趋势光学生物传感器技术是一种新兴的传感技术，在医学、食品、环保等领域都得到了广泛的应用。
未来，随着生物科技和纳米技术的发展，光学生物传感器技术将会更加发展。
1.纳米技术的应用纳米材料可以提高光学传感器的灵敏度和选择性，并可以使光学传感器在小尺寸处发挥作用。
纳米技术在生物传感器中的应用
纳米技术在生物传感器中的应用在当今科技飞速发展的时代，纳米技术已经成为了众多领域的研究热点，其中生物传感器领域也不例外。
纳米技术的引入为生物传感器的性能提升和应用拓展带来了前所未有的机遇。
纳米技术，简单来说，就是在纳米尺度（1 100 纳米）上对物质进行研究和操作的技术。
在这个极小的尺度下，物质会展现出与宏观状态下截然不同的物理、化学和生物学特性。
而生物传感器，则是一种能够对生物分子、细胞、组织等生物物质进行检测和分析的装置。
纳米技术在生物传感器中的应用，首先体现在其能够显著提高传感器的灵敏度。
传统的生物传感器在检测低浓度的生物标志物时，往往面临着准确性和可靠性不足的问题。
而纳米材料，如纳米金颗粒、碳纳米管等，具有巨大的比表面积和优异的电学、光学性能，能够极大地增加生物分子的吸附量和反应活性位点，从而显著提高检测信号的强度。
例如，基于纳米金颗粒的免疫传感器，可以实现对癌症标志物的超灵敏检测，检测限甚至可以达到飞摩尔（femtomolar）级别。
其次，纳米技术有助于提高生物传感器的选择性。
生物体系非常复杂，存在着大量相似的生物分子。
如何准确地检测特定的目标分子，一直是生物传感器面临的挑战之一。
通过对纳米材料进行表面修饰，使其能够特异性地识别和结合目标分子，可以有效地排除干扰物质的影响，提高传感器的选择性。
比如，利用功能化的碳纳米管，可以实现对特定 DNA 序列的高选择性检测。
再者，纳米技术为生物传感器的微型化和集成化提供了可能。
随着医疗技术的不断进步，对便携式、即时检测（Pointofcare Testing，POCT）设备的需求日益增长。
纳米材料的小尺寸和良好的加工性能，使得可以在微小的芯片上集成多个传感器单元，实现对多种生物指标的同时检测。
这种微型化和集成化的生物传感器不仅体积小、便于携带，而且能够快速给出检测结果，为疾病的早期诊断和实时监测提供了有力的工具。
此外，纳米技术还可以改善生物传感器的稳定性和重复性。
纳米生物传感器的研究态势分析
据产 生 电信 号 的类别 ，其可 分为 电流型和 电位 型
大类 ，Ｈ前该领域研究较多的是各种酶 电极 。 电化 学１ ） ＮＡ生物传 感器 是指 『 固定 化Ｄ Ａ作 为 ｔ ｊ Ｎ 分 识别物 质 的 电化 学 生物传感 器 。该传感器 是将 作为分子识别物质的寡核苷酸， 单链 Ｄ Ａ ｓ Ｉ Ａ Ｎ （—Ｎ ） ｓ） 或双 链 Ｄ ＮＡ（ｓＤ ｄ—ＮＡ） 固定 在作 为换 能器 的 电极 ． ， １ － ： 然后 将 与 补 Ｄ ＮＡ（ｓＤＮＡ） 药物 、 合物 、自由 ｃ— 、 化 基等 卡 互作 用 的生物 学信 转变 为 电化 学信号 而进 Ｈ 行检 测 的器件 ，根 据是 否标 记 电活性 物质 可 分为标 记型（ 用具有 电化 学活性 的物质 指示Ｄ 利 ＮＡ杂交前 后 电化学信号的变化而进行检测） 和非标 记型（ 用 利 Ｄ Ａ Ｎ 杂交前后Ｄ Ａ Ｎ 本身碱基的电化学信号的变化而 进 行检 测 ） 类 。 两 近年来 ，在纳米 电化学生物传感器 巾，葡萄糖 纳 米 生物传 感器 、Ｉ Ｏ？ 米 生物 传 感 器（ 。 纳 Ｉ 利用 山葵 过氧 化酶 或其 他过 氧化 氢 酶） ＮＡ纳米 生物 传感 、Ｄ 器 和 色素纳 米 生物 传 感器 的研 究快 速 增长 （ ３。 图 ）
维普资讯
［ 学 计量 ］ 科
纳 米生物传感器的研 究态势分析
陈 大明
（ 国科 学 院 上海 生命 科 学信 息 中 心 ， 上海 ２ ０ ３ ） 中 ００１
７ 摘要：生物传感器是能够感受生物量并将其转换成可输出信号的传感器 ， 纳米生物传感器利用 Ｏ ∞ 纳米材料实现 了生物传感器 的超微化 ， 纳米技术为生物传感器 的发展提供 了广 阔的空问。 本文以Ｉ１ ｓ ｗｅ ｆ ｃ ｎｅ ｂｏ Ｓｉ ｃ 数据库收录的相 关文献为数据源 ，运用文献计量和文献引用分析方法 ，对纳米生物 ｅ
生物传感器的研究及应用分析
生物传感器的研究及应用分析近年来，生物传感器领域的研究得到了积极的发展。
生物传感器具有高灵敏度、高选择性、易操作、快速响应等优点，被广泛应用于生物医学、环境监测、食品安全等领域。
本文将对生物传感器的研究进展及其应用进行分析。
1. 生物传感器的研究进展生物传感器是指利用生物体内的生物反应和识别机制转换成电学信号或光学信号，实现对化学分子、微生物、细胞等生物体成分的定量或定性分析的一种小型化、电子化分析仪器。
其研究涉及到多学科，包括生物学、化学、物理学、电子学等领域。
1.1 生物传感器的发展历程20世纪70年代，西班牙科学家Bergveld首次将离子选择性电极于生物检测中引入，提出了离子选择电极生物传感器的概念。
20世纪80年代，以医用传感器和支持生物分析的酶传感器为代表的生物电传感器开始成为研究的热点。
20世纪90年代，光学生物传感器展现了威力，光纤和表面等离子体共振生物传感器被开发出来。
21世纪以来，纳米技术与生物传感器的结合，使生物传感器具有了更加灵敏、高速、小型化、多功能的特点。
1.2 生物传感器的技术难点生物传感器的研究仍存在一些技术难题，主要集中在以下几个方面：（1）灵敏度和选择性：生物传感器可探测的物质范围广泛，但灵敏度和选择性一直是制约其应用的难点。
（2）失效机制：生物分子与传感器的相互作用容易受到多种因素的影响，例如酶失活、抗体把持变性等，这些失效机制对于生物传感器的可重复性和稳定性具有很大的影响。
（3）设备复杂度：生物传感器采用了多种技术手段，例如血糖计应用的是电化学、光学和生物学的技术手段，但设备复杂度将导致其应用的成本较高。
2. 生物传感器的应用分析生物传感器具有广泛的应用前景，目前主要应用于生物医学、环境监测、食品安全等领域。
2.1 生物医学领域应用生物传感器在生物医学领域的应用主要是采用微型传感技术，能够对细胞的生命活动进行实时的监测。
例如，可以通过检测生物样本中特异性抗原和抗体计量的方法来诊断和鉴定种类和病理状态。
纳米材料在生物传感器中的应用
纳米材料在生物传感器中的应用在当今科技迅速发展的时代，生物传感器作为一种能够快速、准确检测生物分子和生物过程的工具，正发挥着日益重要的作用。
而纳米材料的出现，为生物传感器的性能提升带来了前所未有的机遇。
纳米材料凭借其独特的物理、化学和生物学特性，已经成为生物传感器领域的研究热点和重要组成部分。
纳米材料之所以在生物传感器中备受关注，主要是因为它们具有一些突出的特性。
首先，纳米材料具有巨大的比表面积。
这意味着在相同的体积下，纳米材料能够提供更多的反应位点，从而大大提高了生物分子的吸附和反应效率。
例如，纳米金颗粒的比表面积比普通金颗粒大得多，能够更有效地结合生物分子，如蛋白质和核酸。
其次，纳米材料的电学和光学性质也十分独特。
一些纳米材料，如碳纳米管和量子点，具有良好的导电性和荧光特性。
这些特性可以被巧妙地利用来实现生物分子的检测。
例如，当生物分子与量子点结合时，其荧光强度会发生变化，通过检测这种变化就可以实现对生物分子的定量分析。
再者，纳米材料的生物相容性也是其在生物传感器中应用的一个重要优势。
许多纳米材料对生物组织和细胞的毒性较低，能够在生物体内稳定存在而不引起明显的不良反应。
这使得它们可以直接用于体内生物传感器的构建，实现实时、原位的生物检测。
在众多的纳米材料中，纳米金颗粒在生物传感器中的应用尤为广泛。
纳米金颗粒具有良好的稳定性、生物相容性和独特的光学性质。
基于纳米金颗粒的比色生物传感器就是一个典型的应用例子。
当纳米金颗粒在溶液中分散时，溶液呈现红色；而当它们聚集时，溶液颜色会变为蓝色。
利用这一特性，可以通过检测溶液颜色的变化来判断生物分子之间的相互作用。
例如，在检测 DNA 时，可以设计特定的 DNA 探针与目标 DNA 结合，导致纳米金颗粒的聚集，从而实现对目标 DNA的可视化检测。
碳纳米管也是一种备受瞩目的纳米材料。
由于其出色的导电性，碳纳米管可以作为电极材料用于构建电化学生物传感器。
将生物分子，如酶或抗体，固定在碳纳米管表面，可以显著提高传感器的灵敏度和选择性。
纳米材料在光学传感器中的应用
纳米材料在光学传感器中的应用光学传感器是一种能够转化光信号为电信号以便测量物理量的传感器。
纳米材料作为一种新型材料，具有其独特的性质，已经广泛应用于光学传感器领域。
本文将详细介绍纳米材料在光学传感器中的应用，并探讨其优势和未来发展。
首先，纳米材料在光学传感器中的最主要应用之一是其对光的吸收、散射和透射的调控。
由于纳米材料具有较高的比表面积和量子尺寸效应，它们能够有效地操纵光的行为，如改变光的强度、频率和极化状态。
这使得纳米材料在光学传感器中可以用于增强光的灵敏性、选择性和响应速度。
例如，纳米颗粒可以用作增加光信号强度的增强剂，从而提高传感器的灵敏度。
同时，纳米材料的表面可以修饰成具有特定响应性的结构，从而使传感器能够选择性地检测特定目标。
最后，纳米材料的快速响应速度能够使传感器具备快速检测和响应的特点。
其次，纳米材料在光学传感器中的另一个应用是其在增强荧光和拉曼散射等荧光和光谱技术中的应用。
由于纳米材料具有较高的荧光强度和拉曼散射效应，它们能够提高传感器的信号强度和分辨率，并减少检测限。
因此，纳米材料广泛应用于光学传感器中的荧光探针、生物传感器和光谱传感器等领域。
例如，纳米颗粒可以被修饰成具有特定功能的探针，用于检测环境中的目标分子或细胞。
同时，纳米颗粒还可以用作标记物，用于追踪和定位特定细胞或生物分子。
此外，纳米材料还在光学传感器中应用于表面增强拉曼散射（SERS）和局域场增强光谱（LSPR）等技术中。
SERS是一种利用在金属纳米结构表面产生的局域电磁场增强拉曼散射信号的技术，可以提高分子的拉曼信号强度，并且具有高灵敏度和高选择性的特点。
纳米材料，尤其是金属纳米颗粒，具有较高的局域电磁场增强效应，因此被广泛应用于SERS技术中。
类似地，LSPR技术也利用纳米结构的局域电磁场增强效应，实现对物质的高灵敏度和快速响应的检测。
这些纳米结构可以通过调整其形状、大小和材料组成来实现对特定物质的选择性检测。
纳米技术在生物传感器及检测中的应用
究成果 。最后 ,对该领域的应用前景进行了展望 。
关键词 :纳米技术 ;纳米生物学技术 ;纳米颗粒 ;纳米生物传感器 ;生物检测
中图分类号 :TP212. 3
文献标识码 :A 文章编号 :100421699( 2006) 0320581207
纳米技术是在 1～100 nm 尺度上研究物质的 结构和性质的多学科交叉的前沿技术 。1959 年 ,美 国物理学家 Richard 首次提出了在纳米空间操纵物 质的概念 。Drexler 将纳米技术定义为“分子制造的 产品和过程 ,即操纵分子并进行分子装配所形成的 产物及其控制过程”[1] 。纳米生物技术是用于研究 生命现象的纳米技术 ,是纳米技术和生物技术的结 合 ,它是在分子水平上 ,结合物理 ,化学和遗传规律 对生物材料进行加工 ,其最终目的是组装成一系列
Abstract :Nano biotechnology is co nverged by nanotechnology and biotechnology , and is a majo r co mpo nent of nanotechnology. It is al so an impo rtant research topic in t he area of bio medicine. The nanoparticle is t he mo st interested and usef ul nano material used in t he bio medical field , which have many characteristics. This article int ro duced so me new reserach achievement s and p rogress in t he bio sensor and biodetectio n field based o n t he nanoparticle technology , p resented t he synt hesis met ho ds for nanoparticle , t he applicatio n of nanoparticle in t he nano bio sensor and nano biochip , and so me related research work carried o ut in o ur lab. Finally , t he develop ment of t his field in t he f ut ure was p ro spected. Key words :nanotechnology ; nano biotechnology ; nanoparticle ; nano bio sensor ; bio detectio n EEACC :7230J
纳米技术在生物传感器中的新研究
纳米技术在生物传感器中的新研究在当今科技飞速发展的时代，纳米技术犹如一颗璀璨的明星，在众多领域展现出了令人瞩目的潜力。
其中，纳米技术在生物传感器领域的应用更是引发了一场深刻的变革。
生物传感器作为一种能够感知生物体内外物质变化并将其转化为可测量信号的装置，对于疾病诊断、环境监测、食品安全等方面具有至关重要的意义。
而纳米技术的引入，为生物传感器的性能提升和功能拓展带来了全新的机遇。
纳米技术，顾名思义，是指在纳米尺度（1 100 纳米）上对物质进行研究和操纵的技术。
在这个尺度下，物质会展现出许多独特的物理、化学和生物学性质。
例如，纳米材料具有巨大的比表面积，能够提供更多的活性位点，从而增强与生物分子的相互作用；纳米粒子的量子限域效应使得其光学、电学等性能发生显著变化，为生物传感器的信号转换和检测提供了新的途径。
在生物传感器中，纳米材料被广泛用作传感元件。
其中，金纳米粒子、碳纳米管、量子点等是最为常见的纳米材料。
金纳米粒子具有良好的生物相容性、独特的光学性质和易于表面修饰等优点。
通过在金纳米粒子表面修饰特定的生物分子，如抗体、核酸等，可以实现对目标分析物的高特异性识别。
当目标分析物与修饰后的金纳米粒子结合时，会引起粒子的聚集或分散，从而导致溶液颜色的变化或光学信号的改变，实现对目标物的检测。
碳纳米管具有优异的电学性能和机械强度，其可以作为电极材料构建电化学生物传感器。
将生物分子固定在碳纳米管表面，能够有效地促进电子传递，提高传感器的灵敏度和响应速度。
此外，碳纳米管还可以用于构建场效应晶体管生物传感器，通过检测生物分子与碳纳米管之间的电荷转移来实现对目标物的检测。
量子点是一种尺寸在纳米级的半导体晶体，具有荧光强度高、稳定性好、发射光谱可调等优点。
将量子点与生物分子结合，可以构建荧光生物传感器。
在检测过程中，量子点的荧光强度或发射波长会随着目标分析物的浓度变化而发生改变，从而实现对目标物的定量检测。
除了作为传感元件，纳米技术还可以用于改进生物传感器的信号放大策略。
纳米孔生物传感器研究 - 东南大学
东南大学seminar课程简介课程名称纳米孔生物传感器研究（Nanopore biosensor research）任课教师刘全俊工作单位生医学院职称教授Email联系电话任课教师教学科研简介：任课教师自1999年研究生毕业后在东南大学生物科学与医学工程学院任教，同年进入分子与生物分子电子学教育部重点实验室（现生物电子学国家重点实验室）从事科研与教学工作。
2004年、2005年分别赴香港中文大学与匈牙利科学院作短期访问研究，并于2010年赴美国斯坦福大学进行了为期一年的访问学者的研究工作。
2008年获全国百篇优秀博士学位论文奖，2009年入选教育部“新世纪优秀人才计划”，江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人，江苏省生物技术协会第六届理事。
作为项目负责人，近年来已经主持完成国家自然科学基金项目2项（60341002，60671019），国家863高技术项目2项（2003AA2Z2070，2012AA02A103），中匈政府科技合作项目1项（CHN26/2006），国际合作项目1项（2009DFA32750），江苏省科技攻关项目2项，南京市科技攻关项1项。
目前在研国家自然科学基金项目1项（61071050）,国家重大基础研究计划项目973子课题1项（2011CB707605-01）。
发表论文30余篇，参与编写专著2部，参与翻译专著1部，申请专利二十余项.其中国际发明专利1项,已授权专利十余项。
主要研究方向为新一代基因测序、基因芯片、生物与化学传感器、单分子检测研究。
近年集中在纳米孔生物传感器、纳米孔单分子检测器件、新型单分子检测系统的专项研究。
已经建立完成了纳米孔基因测序系统测试平台，纳米孔加工技术及信号分析基础软件。
课程简介（含对学生基础的要求等,特别注明拟上课所在校区）：本课程是一门研讨（Seminar）课程，主要是为对纳米孔生物传感器研究有兴趣的学生开设的参与讨论、表达自己观点的课程。
它将提供适当的研究素材，组织修课学生就基于纳米孔生物传感器的单分子检测研究的热点问题，进行主动思考、探索或研究。
纳米生物传感器
纳米生物传感器在长时间运行中可能面临稳定性问题，如灵敏度下降、 误差增大等，需要进一步提高其可靠性和稳定性。
生产成本
目前纳米生物传感器的制造成本较高，限制了其在某些领域的应用和 推广。
法规与伦理问题
随着纳米生物传感器技术的不断发展，相关的法规和伦理问题也逐渐 浮现，需要引起重视并制定相应的规范和标准。
实现纳米生物传感器的微型化和集成化， 可以提高其实用性和便携性。
纳米生物传感器的分类
01
02
03
根据工作原理
可分为电化学生物传感器、 光学生物传感器、压电生 物传感器等。
根据敏感元件
可分为酶生物传感器、免 疫生物传感器、组织生物 传感器等。
根据应用领域
可分为环境监测用生物传 感器、食品安全检测用生 物传感器、医学诊断用生 物传感器等。
信号放大
采用酶或其他催化物质， 将生物传感器信号放大，
提高检测灵敏度。
抗干扰设计
通过降低背景信号、排除交 叉反应等方法，降低生物传
感器检测中的干扰因素。
微型化和集成化
将生物传感器微型化并与 其他微电子器件集成，实 现便携式和实时监测。
04
纳米生物传感器的应用实例
在环境监测领域的应用
空气质量监测
纳米生物传感器能够快速检测空 气中的有害气体和颗粒物，如二 氧化氮、一氧化碳、PM2.5等， 为环境保护和公共安全提供实时
农业科技
用于监测植物生长状况、土壤 环境等，有助于提高农业产量
和可持续发展。
纳米生物传感器的发展历程与趋势
发展历程
自20世纪70年代以来，纳米生物传感器经历了从传统生物传感器到现代纳米生物传感器的演变，技术不断创新和 发展。
新型功能纳米材料在电化学生物传感器中的研究与应用
新型功能纳米材料在电化学生物传感器中的研究与应用一、内容简述随着科技的不断进步，纳米技术作为其中的重要组成部分，在众多科学领域中都显示出了其独特的优势和潜力。
特别是功能纳米材料，在电化学生物传感领域中，由于其独特的物理化学性质和巨大的比表面积，为生物传感提供了新的发展方向和可能性。
功能纳米材料在电化学生物传感器中的应用，主要得益于纳米材料的独特结构和优异性能。
纳米颗粒具有很高的比表面积和活性位点数量，可以增强生物分子的吸附和反应；纳米结构具有优良的电导性和优异的渗透性，有助于提高传感器的灵敏度和稳定性。
在电化学生物传感器的研究与应用中，研究者们通过深入探索纳米材料的合成方法、表面修饰技术以及与生物分子的结合方式等，成功开发出了一系列具有高灵敏度、高选择性、实时监测和高稳定性等优点的新型电化学生物传感器。
这些成果为疾病诊断、环境监测和生物医学研究等领域提供了强有力的技术支持和保障。
目前对于功能纳米材料在电化学生物传感器中的应用仍存在一些挑战和问题，如纳米材料的生物相容性、稳定性和规模化生产等问题需要进一步研究和解决。
未来的研究将致力于开发新型的功能纳米材料，优化传感器的制备工艺，并探索其在实际应用中的推广价值，以推动电化学生物传感技术的更快发展和广泛应用。
1. 纳米材料的概念及重要性随着科学技术的不断发展，人们对于材料的性能要求越来越高。
在这个背景下，纳米材料作为一种独具优势和特色的材料，备受关注。
纳米材料是指具有尺寸在1100nm范围内的材料，由于其特殊的量子尺寸效应、表面等离子共振效应以及宏观量子隧道效应等，使得纳米材料在各个领域展现出许多优异的性能，成为推动科学和技术创新的关键因素。
在电化学生物传感器中，纳米材料的独特性质对提高传感器的灵敏度、稳定性、选择性和恢复性等方面具有重要作用。
本文将对纳米材料的概念及重要性进行简要介绍，并探讨其在电化学生物传感器中的应用及研究进展。
纳米材料具有量子尺寸效应，使其能够有效调控物质的电子结构和表面性质。
纳米生物传感器的检测原理与实验方法
纳米生物传感器的检测原理与实验方法引言：纳米生物传感器作为一种新兴的生物传感技术，可以在纳米尺度上检测和识别生物体内、生物体表面以及生物体外的生物分子，并且具有高灵敏度、高特异性、快速响应和实时监测等优点。
本文将详细介绍纳米生物传感器的检测原理与实验方法。
一、纳米生物传感器的检测原理1. 表面增强拉曼光谱技术（SERS）表面增强拉曼光谱技术是一种基于金属纳米结构的纳米生物传感器检测原理。
通过纳米结构表面的局域电场增强效应，使得待测样品的拉曼散射信号得到极大放大，从而提高检测的灵敏度。
该技术广泛应用于生物分子的检测，如核酸、蛋白质和细胞等。
2. 磁性纳米颗粒技术磁性纳米颗粒技术利用超顺磁性或顺磁性材料制备的纳米颗粒，在外磁场作用下表现出磁性特性。
通过磁性纳米颗粒与待测分子的特异性结合，可以实现对待测分子的富集和分离。
同时，利用磁性纳米颗粒的磁性特性，可以实现对待测分子的快速操控和定位。
3. 纳米阻抗检测技术纳米阻抗检测技术是一种基于电阻抗变化的纳米生物传感器检测原理。
通过在电极表面修饰生物分子，如抗体、核酸或酶等，当待测分子与修饰分子结合或发生反应时，会产生电荷移动和电子传递，从而引起电阻抗的变化。
通过测量电阻抗变化的程度，可以间接检测和定量待测分子的浓度。
二、纳米生物传感器的实验方法1. 修饰纳米材料纳米生物传感器的实验方法首先要对纳米材料进行修饰。
例如，在金属纳米颗粒表面修饰相应的功能化分子，如抗体、核酸或酶等。
这些修饰分子可以与待测分子特异性识别和结合，实现传感器的选择性检测。
2. 拉曼光谱实验在表面增强拉曼光谱技术中，实验方法包括样品制备、实验装置搭建和拉曼光谱测量等步骤。
首先，将待测样品与纳米结构复合体混合，形成有效的纳米生物传感器。
接下来，在拉曼光谱仪中调节适当的激光波长和功率，对样品进行扫描测量，并记录拉曼信号的强度和波长。
3. 磁性纳米颗粒实验磁性纳米颗粒实验方法主要包括纳米颗粒的制备、分离和特异性结合等步骤。
基于纳米流体技术的生物传感器研究及应用
基于纳米流体技术的生物传感器研究及应用纳米流体技术是一种充满活力的技术，其在生物传感器领域得到越来越多的应用。
纳米流体技术可以为传感器提供更高的灵敏度和选择性，以及更好的稳定性和可重复性。
本文将介绍一些基于纳米流体技术的生物传感器的研究和应用，并探讨这些技术的潜在应用。
1. 纳米流体技术的基本理念纳米流体技术是一种新兴的技术，涉及到微小尺度的流体动力学和热力学。
它主要包括两个方面：“纳米”和“流体”。
纳米指的是非常小的尺度，通常在1到100纳米之间。
流体指的是一种物质，具有流动性和可变性。
纳米流体技术的基本理念是：通过改变材料的物理和化学性质，使其能够精确地感知分子和离子，并将这些信息转换为可测量的信号。
这些信号可以用来检测生物分子和其他化学物质，例如蛋白质、DNA、糖类和药物。
2. 纳米流体技术在生物传感器领域的应用纳米流体技术在生物传感器领域有着广泛的应用，可以用于检测分子的存在、浓度和活性。
其中，一些重要的应用包括：2.1 药物检测纳米流体技术可以用于检测药物的存在和浓度，从而帮助医生了解病人的病情和治疗效果如何。
例如，一些研究人员使用纳米材料制造出了高度灵敏的药物传感器，能够检测皮肤上的药物分子，从而为病人提供更为精准的治疗方案。
2.2 蛋白质检测纳米流体技术可以用于检测蛋白质的存在和浓度，从而帮助研究人员了解蛋白质的功能和结构。
例如，一些研究人员使用纳米材料制造出了高灵敏度的蛋白质传感器，能够检测蛋白质分子的结构和功能，从而为生物医学研究提供重要的数据。
2.3 DNA检测纳米流体技术可以用于检测DNA的存在和序列，从而帮助研究人员了解DNA 的功能和作用。
例如，一些研究人员使用纳米材料制造出了高度精确的DNA传感器，能够同步检测多个DNA序列，从而加快DNA测序的速度和准确度。
3. 纳米流体技术的潜在应用纳米流体技术在生物传感器领域有着广泛的应用，但其潜在的应用还远未被充分挖掘。
以下是一些未来可能的应用：3.1 肿瘤检测纳米流体技术可以用于检测肿瘤标记物的存在和浓度，从而帮助医生更早地发现肿瘤。
纳米技术在生物传感器中的工作原理
纳米技术在生物传感器中的工作原理随着科技的不断进步，纳米技术在各个领域都得到了广泛的应用。
其中，纳米技术在生物传感器中的应用尤其引人注目。
生物传感器是一种利用生物组织、细胞或生物分子作为感受器件的传感器，它能够实现对生物系统中各种参数信息的检测、分析和监测。
本文将介绍纳米技术在生物传感器中的工作原理，以及其在医学、环境监测和食品安全等领域的应用。
一、纳米技术在生物传感器中的工作原理纳米技术在生物传感器中的工作原理是基于纳米材料的特殊性质和生物分子的特异性相互作用。
首先，纳米材料具有较大的比表面积和高度可调控的物理化学性质，例如金属纳米颗粒具有特殊的表面等离激元共振效应；纳米纤维、纳米薄膜等纳米结构可以调节材料的机械、光学和电学性能。
其次，生物分子具有高度的特异性和灵敏性，例如抗原与抗体之间的特异性识别、DNA与互补链的碱基互补配对等。
基于以上原理，纳米技术在生物传感器中的工作可以分为以下几个步骤：1. 生物分子的修饰和固定：通过纳米材料的表面修饰，例如在纳米颗粒表面修饰适应性分子（例如抗体、DNA引物等），实现生物分子的特异性捕获和固定。
2. 生物分子与目标分子的识别和结合：纳米材料修饰的生物分子与待检测的目标分子（例如细菌、病毒、DNA序列等）之间发生特异性的识别和结合，形成生物分子-目标分子的复合物。
3. 传感信号的转换和放大：纳米材料对识别结合事件的物理化学性质发生变化，例如颜色、光学透过率、电导率等，可以通过特定的仪器设备进行检测和测量，将生物分子-目标分子结合事件转换为可观测的信号。
4. 数据分析和结果输出：通过数据分析算法，将传感信号转化为对待测物质的浓度或活性的定量信息，并通过显示屏、打印机等方式输出结果。
二、纳米技术在生物传感器中的应用纳米技术在生物传感器中的应用涵盖了医学、环境监测和食品安全等多个领域，极大地拓展了传感器的应用范围和性能。
1. 医学应用：纳米技术在医学领域中的应用非常广泛，例如生物传感器可以用于肿瘤标记物的检测、药物分子的监测和诊断等。
融合DNA纳米技术的生物传感器研究
融合DNA纳米技术的生物传感器研究生物传感技术是一种能够将化学或生物学信息转化成可读取的电信号，以便对物质分子进行检测和分析的新兴研究领域。
在传统的生物传感技术中，一般需要将生物分子标记上荧光染料或放射性同位素等标记物，再通过检测标记物的信号来分析样品中的生物分子。
但这种技术需要相当复杂的制备过程，并且标记物会影响生物分子的结构和功能。
因此，研究者们逐渐将目光转向了纳米技术。
DNA纳米技术是一种利用DNA分子的物理、化学和生物学性质进行纳米尺度组装和控制的新技术。
利用DNA作为分子间的“黏合剂”，可以将分散在溶液中的金纳米颗粒等纳米颗粒有序地“拼”起来，制造出具有规则结构和特定功能的纳米结构体。
而这种技术与生物传感技术的结合，则可以研究出一些更加智能、更加灵敏的生物传感器。
DNA纳米技术和生物传感技术的融合，最直接的应用就是利用DNA分子构建出具有特异性生物识别功能的生物传感器。
这种生物传感器可以将DNA序列作为检测元件，利用特异性配对的原则来检测样品中的特定生物分子。
具体地说，就是将某一DNA序列分别与样品中的目标分子和不相关分子进行混合，然后通过控制DNA纳米结构的组装方式和结构变化来检测样品中的目标分子。
这种生物传感器具有灵敏度高、选择性强、响应时间快等优点，可以应用于基因分型、基因表达测定、病原菌检测等多个领域。
DNA纳米技术还可以用于构建“DNA酶”生物传感器。
所谓“DNA酶”实际上是一种人工合成的DNA分子，其在碱性条件下能够发挥“酶”的作用，即将链式DNA 酶水解成单股DNA片段。
而这种分子的酶活性可以受到特定分子的识别和配对的影响。
因此，通过将“DNA酶”与DNA纳米技术相结合，可以实现对样品中特定分子的动态监测，从而达到生物传感的目的。
除了在生物传感领域，DNA纳米技术还具有广泛的应用前景。
例如，通过将DNA纳米结构和金纳米颗粒相结合，可以制造出主动光学和电学器件；利用DNA运载系统可以实现特定药物的靶向和缓释等。
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近十年
研究问题
研究目标
时间范围
地域范围
事件背景
国内外 高速发展的科学领域、 现代科学的前沿
表 二、建立背景知识 纳米光学生物传感器 信息问题 包含的主题概念 纳米传感器、光学传感 器、生物传感器、 Biosensor、 Nanosensors、 Optical sensor
表 三、拟定主题概念 研究问题 纳米光学生物传感器的实验研究 主题概念 纳米光学生物传感器 主题词 传感器、实验研究、sensor、 sensors、experimental study 检索词 纳米传感器、光学传感器、生物 传感器、实验研究、biosensor、 nanosensors、optical sensor、 experimental study 扩展词 传感器、发展前景、sensors、 sensor、 prospect、prospects
47
（4） 对光纤化学和生物传感器进 了系统的理论研究
行
48
首次提出了双波长技术的荧光传感器，建立起了这类传感器的响 应理论。这一理论被国内外所有光导纤维传感器专著引用，被评 论为“双波长荧光传感器的诞生”和“理论上奠定了光纤荧光传 感器的基础”；提出了基于光吸收的光纤传感器。首次提出一配 合物形成模式作为分子识别系统的金属离子光纤传感器，建立金 属离子荧光、吸收、反射传感器的设计原理，这已成为离子光纤 传感器的经典理论；把离子对萃取原理，应用于光纤传感器的设 计中，完成了高灵敏、高选择性的钠离子、钾离子光纤传感器。 系统地建立了各类光纤传感器的响应理论模式，这些理论已被作 为经典理论被国内外学者接受，并已载入国内外有关专著中。当 前，在对光导纤维生物传感器的分子识别反应和多维信息换能系 统进行研究的基础上，研究无损在体和微量离体检测用新型光纤 生物传感器，建立活体组织、人体体液、细胞等的高灵敏快速分 析技术及其在体药代动力学分析方法，从而能快速、精确地反映 活体组织及体液的变化，以适应临床快速诊断的要求。
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（13）EBSCOhost原文
（14）EI原文获取
（15）Google学术搜索获得的原文
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前景展望
纳米技术在生物传感器的发展中正在发挥着非常重要的作用。由于纳米材 料的特殊结构，使得它们可以提高生物传感器的灵敏性和响应效能。纳米 材料的使用也引入了许多新的应用于生物传感器的信号转换技术。纳米技 术在生物传感器的发展趋势是集成多功能、便携式、一次性的快速检测分 析机器，可广泛用于食品、环境、战场、人体疾病等领域的快速检测，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，人体健康的长期监测（如糖尿病患者血液中糖成分的长期监测等）， 以及战场生化武器的快速检测（如对炭疽病毒的检测等）。多种生物传感 器的集成或者生物传感器阵列是生物传感器发展的另一个趋势，例如微电 极阵列对二维微环境的检测等。分子自组装聚合物加工的研究呈上升趋势， 其加工工艺简单可控，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、一次性的纳米生 物传感器的发展。其中生物分子自组装技术更引人注目，如有机生物膜制 作的纳米胶囊，由于其天然的生物兼容性、优异的特异结合性能，是生物 传感器发展的另一个全新领域。
（5）光纤纳米免疫传感器
免疫传感器是指用于检测抗原抗体反应的传感器，根据标记与否可 分为直接免疫传感器和间接免疫传感器；根据换能器种类的不同， 又可分为电化学免疫传感器、光学免疫传感器、质量测量式免疫 传感器、热量测量式免疫传感器等。光学免疫传感器是将光学与 光子学技术应用于免疫法，利用抗原抗体特异性结合的性质，将 感受到的抗原量或抗体量转换成可用光学输出信号的一类传感器， 这类传感器将传统的免疫测试法与光学、生物传感技术的优点集 为一身，使其鉴定物质具有很高的特异性、敏感性和稳定性。而 光纤纳米免疫传感器是在其基础上将敏感部制成纳米级，既保留 了光学免疫传感器的诸多优点，又使之能适用于单个细胞的测量。
（13）EBSCOhost
（14）EI
（15）Google学术搜索
（16）欧洲专利局
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（3）CNKI《中国博士学位论文全文数据库 》
（4）CNKI《中国重要会议论文全文数据库 》
（5）《万方数据资源系统 》
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（3） 近场光学和纳米粒子生物传 感器
传统的光学显微技术在细胞生物学和分子生物学研究中应用很 广，也能够用于分析活细胞，但分辨能力被Abbe衍射作用所 限制，其理论分辨率最高为0.2m，放大倍数最高也只能达到 1600倍。而近场光学显微镜和近场光学传感器是近年发展起 来的一个新的技术，可以大幅度地提高显微镜的分辨率和放大 倍数。我们实验室组装了一台近场光学显微镜，其分辨率为12nm，放大倍数从1600倍提高到25000倍，能更清晰地显示活 细胞内被检测成分的分布、含量及其动态变化。检测器为 ICCD和雪崩金属光电倍增管（AMPMT）两种，并能同时进 行数字显示、计算机处理和模拟显示，能够动态检测活细胞内 物质代谢、能量代谢及信息传递过程并进行全程录像。
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（6）光纤纳米荧光生物传感器
一些蛋白质类生物物质自身能发荧光，另一些本身不能发荧光的生物 物质，可以通过标记或修饰使其发荧光；基于此，可构成将感受的 生物物质的量转换成可用于输出信号的荧光生物传感器。荧光生物 传感器测量的荧光信号可以是荧光猝灭，也可以是荧光增强；可测 量荧光寿命，也可以测量荧光能量转移。光纤纳米荧光生物传感器 具有荧光分析特异性强，敏感度高等优点，而且无需用参比电极， 使用简便、体积微小等诸多优点，具有广泛的应用前景。美国杰克 逊州立大学的研究人员制备出基于金纳米粒子的、小型化的、超灵 敏的、激光诱导荧光光纤生物传感器，用来检测DNA分子。荧光信 号的出现表明目标DNA已检测到，并且几个病原体也可同时检测到。 这种便携式传感器在所有重要类别的DNA检测中――灵敏度、选择性、 成本、易用性和速度――可得到较好的结果。
纳米光学生物传感器的 实验研究
2
信息检索实质是信息问题 解决，信息检索的一般步 骤也应是一个问题解决的 过程。
五步走
分析和利用信息 评价信息 制定策略并实施检索
选择信息源
界定问题
界定问题
１.分析研究问题 ２.建立背景知识 ３.拟定主题概念
表 一、分析研究问题 纳米光学生物传感器 的实验研究 研究方法及发展前景
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(2) 光学传感器在纳米材料生物环境安 全性研究中的应用
纳米生物环境效应研究，是一个典型的综合性强的交叉学科领域， 需要各个领域的研究者的共同参与，才能有效地完成纳米生物环境 效应的研究。作为“科学技术的眼睛”的分析科学，在这项研究有 着极其重要的作用。生物环境下的纳米颗粒检测方法和技术、纳米 材料毒性检测新方法和新技术等是我们分析工作者义不容辞的研究 任务。目前，用于研究纳米生物环境效应的检测方法和技术均为传 统的研究毒理的方法，如MTT法。这些传统的方法适合常规的物质 （如重金属离子、有机污染物），但不一定适合具有特殊性质的纳 米尺度的物质。此外，这些传统的检测方法灵敏度不够高，而且费 时、复杂，不利于掌握和操作。可见，建立和应用一些灵敏度高、 成本低、简单、快速的检测技术和方法，对于纳米材料生物环境效 应研究是非常必要的。新的检测技术和方法的应用将可以大大地推 动和促进纳米生物效应研究。
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分析后得出的纳米光学生物传感器的实验研究方法：
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纳米金属颗粒可以用于光共振检测，如通过抗原－抗体或蛋白－ 受体结合等方法在导电材料表面固定纳米金属颗粒团，由于纳米 颗粒反射偶极子的相互作用，引起反射光的共振增强，通过检测 共振信号即可探知待检测物质。纳米颗粒也可以用来定位肿瘤， 荧光素标记的识别因子与肿瘤受体结合，然后在体外用仪器显示 出肿瘤的大小和位置。纳米金属颗粒还可以作为一种通用的荧光 湮灭基团，在寡核甘酸探针分子的两端分别标记纳米金颗粒和荧 光激发基团，探针由于碱基互补形成“发卡”结构，荧光激发基 团和纳米金颗粒靠近，引起激发荧光湮灭；而当探针与特异性靶 DNA结合后，其构象发生变化，纳米金颗粒和荧光激发基团分离， 从而激发出荧光。该原理可用于核酸的实时荧光检测，以及单碱 基突变多态性检测等。
(1) 新型光学流通式生物传感器
传统的光学传感器一般为静态响应，有许多不足之处，如污染 问题、提供的测量数据精密度差、响应时间长、不能用不可 逆反应进行分子识别等。建立动态响应模式，有望解决以上 问题。另外，传统的光学生物传感器多用酶分子识别，但由 于酶种类缺乏、价格昂贵及诸多影响酶活性因素的存在而限 制了其发展。寻找新的分子识别模式，是传感器发展的一个 重要方向。如利用动植物组织、微生物、细胞进行分子识别， 利用化学基础研究的新成果超分子化学进行超分子识别等， 这些分子识别模式具有广阔的前景，值得人们探索和研究。 本课题组改变传统光学传感器静态响应模式，把流动分析技 术引入传感器的设计中，克服静态响应的缺点，建立动态响 应模式，设计出流通式化学发光传感器、流通式荧光传感器 和流通式室温磷光传感器，并对光学传感器的换能器和分子 识别系统作了全面的研究，完成了一系列性能优良的流通式 光学传感器。