纳米材料在生物传感器方面的应用现状及展望

纳米线、纳米管
• 2.基于单聚苯胺纳米线的检测肌红蛋白的传感方法 • 单聚苯胺纳米线是一种有机纳米材料，其比无机纳米材料具 有更好的生物相容性，基于单聚苯胺纳米线的检测肌红蛋白的传 感方法已显示出其独特的性能。为实现多标志物联合检测，以及 进一步提高检测灵敏度，单聚苯胺纳米线和微流体技术相结合的 用于检测心脏标志物的电导传感器已被研发。结合单聚苯胺纳米 线与微流体通道技术，能够检测到更低浓度的心肌损伤标志物， 其中Myo 、 CTnl 、 CK-MB 、 BNP的检测下限分别为0.1ng/mL 、 0.25ng/mL 、 0.15ng/mL 、 0.05ng/mL。此传感器线性范围宽，具 高灵敏度和高特异性，检测速度快（只需几分钟），且可用于多 个标志物联合检测，适合于即时检验。
纳米生物传感器分类
• 按照纳米材料结构
• 1.纳米粒 • 2.纳米线、纳米管 • 3.石墨烯、氧化石墨烯 • 4.复合纳米材料
Fra Baidu bibliotek 纳米粒
• 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 • 特殊的光电化学性质
• 优良的生物催化特性 • 良好的导电性能 • 优良的生物相容性 • 良好的稳定性
展望
• 纳米生物传感器的免标记、实时监测、高 灵敏度和高选择性的特点已经使其在当今很多 领域有着广泛的应用。 • 相信随着 21 世纪纳米技术与生物传感技术 的进一步发展与成熟，在未来纳米技术将会被 更广泛的应用于生物传感技术之中。纳米生物 传感器将会更充分的展示其优良的性能，推进 相关产业的更新换代与相关领域的发展，也将 更好的造福于人类。
纳米金微粒局域表面等离子共振传感方法检测心肌梗死标志物肌红蛋白的原理
纳米线、纳米管
• 将功能性分子（纳米粒子、DNA、RNA探针、酶、抗体等）沉 积或组装在纳米线或纳米管的表面
• 1.FET（场效应晶体管）类型
（应用最广）
• 易于集成
• 免标记 • 接近单分子水平 • 抗干扰能力强 • 选择性强
纳米线、纳米管
石墨烯、氧化石墨烯
• 将功能性分子（纳米粒子、 DNA 、 RNA 探针、酶、抗 体等）吸附或结合固定在石墨烯的表面 • 高灵敏度 • 免标记 • 选择性强 • 强度较大
• 导电导热性能良好
• 极好的弹性
石墨烯、氧化石墨烯
• 近期， CAI等报道了用还原的氧 化石墨烯 (R-GO) 组装的 FET 生物传 感器高灵敏、免标记地检测 DNA 。 肽核酸 (PNA) 探针通过 π - π 堆积结合 在R-GO表面。当加入靶DNA与PNA 杂交后，检测的电信号曲线会发生左 移;而加入非互补 DNA 时，曲线基本 上没有变化，从而实现对目标 DNA 特异性的检测。该方法的检测限可以 达到100 fmol/L，比其它石墨烯FET 生物传感器检测 DNA的检测限低了1 个数量级。
复合纳米材料
• （2）马达式生物传感器 • 通过在微/纳米马达的表面修饰不同的生物识别分子 (如 抗体、适配体等)，制备马达式生物传感器。 • 利用生物分子间的特异性反应，该马达式生物传感器 可进行目标分子的特异性识别、运输、分离和富集，同时 结合外磁场的作用实现靶向运输及治疗。相较于其他生物 传感器，马达式生物传感器由于其特有的自主运动性能， 可对未经处理的样品进行在位检测，无需繁琐的清洗和分 离步骤，已逐步应用于生物分子的检测。
纳米材料在生物传感器方 面的应用现状及展望
引言
• 纳米技术和生物技术是21世纪研究的两大重要科 学技术。近年来，由二者交叉而来的纳米生物传感技 术已成为研究的前沿技术得到了迅猛的发展。在过去 的十年，大量的新型纳米材料作为生物传感器得到应 用，并取得了巨大的进展。这些新的检测方法较传统 方法更加灵敏、选择性更好及实用性更广。目前基于 不同纳米材料研制的生物传感器，已经应用于临床诊 断、工业控制、食品和药物分析（包括生物药物研究 开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等的研究 中。
• 特殊的抗氧化-还原能力
纳米金扫描电镜图
纳米粒
在金纳米颗粒表面包被肌 红蛋白二抗，先将其加入待测 标本中，使其与标本中的抗原 （肌红蛋白）相结合，形成蛋 白–胶体金复合物，此复合物再 与生物传感表面的肌红蛋白一 抗结合，引起更高的折射率的 改变，产生检测信号，该方法 最低检测线可达0.18ng/mL.
复合纳米材料
• （1）导电聚合物 • 导电聚合物具有良好的导电性能，是构建生物传感器的新型有机纳 米材料。而聚吡咯纳米粒子导电聚合物与其它导电聚合物相比具有良好 的环境稳定性和生物相容性，因而在生物传感器领域应用更为广泛。 • 有文章报导将吡咯/N-(2-羧乙基)吡咯纳米粒子(AuNp-PPy-PPa）导 电聚合物用于石墨烯电极表面构成新型生物电极检测肌红蛋白。在玻碳 电极的石墨烯表面（ RGO) 合成含有金纳米颗粒的吡咯 /N-(2- 羧乙基 )吡 咯纳米薄膜 (AuNP-PPy-PPa ），构成 AuNP-PPy-PPa/RGO 多聚纳米膜， 此多聚纳米膜具有具有良好的电化学活性、电化学稳定性。然后在其表 面共价偶联肌红蛋白抗体，构成免疫阻抗传感器，在PBS中即可进行电 化学阻抗谱分析，实现肌红蛋白的定量检测 ，其检测的线性范围为 10ng/mL~1μg/mL.
• 生物分子的定性与定量分析（以检测 DNA为例） • 当检测目标 DNA时，先将与目标DNA互 补的 DNA 探针固定在纳米材料表面上， 目标 DNA 与探针 DNA 的特异性杂交引 起纳米材料的电荷密度发生改变，从而引 起器件电导的变化，通过检测纳米 FET 生物传感器电信号的变化来测定 DNA 靶 分子的含量，此种方法的检测灵敏度可达 1fmol/L ，并能够很好的区分单碱基错配 序列。检测蛋白质和其他生物分子的原理 与之类似。 • 被广泛应用于医学领域疾病（肿瘤、糖尿 病、心肌梗塞等）的诊断