《纳米技术及其应用》公选课课程考察论文

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1、《纳米技术及其应用》公选课考察论文学院：材料与化学化工学院专业：生物工程姓名：王斌学号：201002010117选课序号：130纳米材料在生物工程中的应用[摘要]纳米材料在生物传感器、人造器官、疾病分析与治疗、组织修复移植和药物控释载体等方面均有突出的贡献，纳米材料在生物工程方面的研究是当前材料领域研究的热点。主要介绍了纳米材料在生物传感器、人造器官和疾病的诊断方面的应用，概述了纳米材料在生物工程研究和应用实例。[关键词】纳米材料：生物工程；生物传感器；控释载体纳米材料因具有特殊的结构效应，如小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸

2、效应、宏观量子隧道效应及介电限域效应等，使其在许多领域展示了广阔的应用前景[1-3]，尤其在生物工程中显示出潜在应用价值。其中纳米材料在生物传感器、人造器官、疾病分析与治疗、组织修复、药物载体等方面应用较为广泛。1生物传感器生物传感器是由生物分子识别元件以及物理、化学换能器组成，可用于分析和检测多种生命和化学物质。其特点：体积小、分辨率高、响应时间短、所需样品少、对活细胞损伤小。近年来，采用纳米材料构建的生物传感器是当前的研究热点。纳米材料应用于生物传感器领域后，不但提高了生物传感器的检测性能，而且促发了新型的生物传感器，使生

3、物传感器的化学和物理性质以及它对生物分子或者细胞的检测灵敏度大幅提高，检测时间也得以缩短，并且可实现高通量的实时分析检测。应用于生物传感器的纳米材料有纳米金属、纳米碳材料和纳米硅材料。I．I纳米金属材料生物传感器目前有很多将纳米金属材料用作生物传感器的报道。对纳米金属材料尺寸、形状、吸附等特性的研究应用使得这项技术成为生物纳米技术最令人兴奋的部分。在众多纳米金属材料中，纳米金粒子是最常用的。由于纳米金具有较大的比表面积、较高的催化活性以及较好的表面控制性，使基于纳米金粒子构建的生物传感器具有非同寻常的特性。Jena等用L-乳酸

4、脱氢酶、羟胺和金纳米粒子制作了对L_乳酸盐敏感的生物传感器，该传感器具有灵敏度高、性能稳定、重现性好等特点。中科院上海应用物理所研制出一种新型的电化学DNA纳米生物传感器，其特色是通过对电极界面纳米尺度的精细调控，同时引入金纳米粒子进行电化学信号放大，从而显著提高了DNA检测的灵敏度IS]。贺秀兰等将乙肝表面抗体(HBsAb)吸附在纳米金粒子上，利用聚乙烯醇缩丁醛(PvB)薄膜的笼效应把形成的复合物固定在玻碳电极表面，形成免疫传感器，对乙肝表面抗原响应。i．2纳米碳材料碳纳米材料中的碳纳米管有极好的抗拉强度、极高的化学稳定性、

5、优良的导电性、极高的纵横比以及催化活性的表面，使得基于碳纳米管制作的生物传感器具有灵敏度高、反应速度快、性能稳定等特点，是制作生物传感器的理想材料。用碳纳米管制作的生物传感器除对单独存在的生物分子有极好的检测性能外，在混合体系测定中也显示了广泛的应用前景，能够对共存的生物分子选择性地检测其中某一物质，而不受其他共存物质的干扰。王存嫦等∞将葡萄糖氧化酶固定在由碳纳米管(CNT)、壳聚糖(CHIT)、甲苯胺蓝(TB)组成的复合膜(TCNT—cHIT)电极上，该修饰电极对葡萄糖响应的线性范围为0．05~10mmol／L，检测限为l0

6、mol／L。Valentini等[8]研究了在抗坏血酸存在下功能化的单壁碳纳米管修饰电极对肾上腺素的选择性测定，功能化的单壁碳纳米管修饰电极能显著提高肾上腺素的电化学检测灵敏度和选择性，而抗坏血酸和尿酸则观察不到电化学信号。为了研究该传感器对肾上腺素的选择性响应，Valentini等还用普通的碳纳米管进行了对比实验。结果表明，普通的碳纳米管修饰电极对肾上腺素没有选择性响应。1．3纳米硅材料对单晶硅进行电化学腐蚀可以得到具有纳米孔径的多孔硅，这种材料具有室温可见发光特性，同时还具有高比表面积和与现有硅加工技术相容的优点，因此吸引

7、了很多研究者开拓其在生物传感器领域的应用。Lin等在多孔硅的表面固定抗体和DNA等敏感分子，通过检测光干涉和折射率的变化，构建了一种新型的免标记生物传感器，灵敏度可达1．942×i0—13mol／L。美国耶鲁大学用传统方法研制出一种简易而敏感的硅材料纳米生物传感器，在抗体或者其他生物分子上覆盖了一层直径为30rlm的纳米线，使其能够捕获特定种类的蛋白质。2人造器官2．1纳米陶瓷材料陶瓷材料在生物领域可制成具有生物活性的人造器官。纳米陶瓷材料的问世，克服了传统陶瓷材料气孔和微小裂纹，以及因这种结构缺陷所导致的可塑性差、脆性高等缺

8、点，并使陶瓷材料的强度、硬度、韧性和超塑性都大为提高。它所具有的高生物相容性和低细胞黏附性使之在人工骨、人工关节、人工齿以及牙种植体、耳听骨修复体等人工器官制造方面，有更广泛的应用和极大的发展前景。常用的纳米陶瓷材料有羟基磷灰石、磷酸钙和氧化铝。羟基磷灰石分子式为Ca。(P0