生物样品检验之纳米材料生物传感器应用研究

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1、生物样品检验之纳米材料生物传感器应用研究第一章绪论　　生物样品检验之纳米材料生物传感器应用研究第一章绪论　　生物样品检验之纳米材料生物传感器应用研究第一章绪论第一节生物传感器概述最早的生物传感器为酶电极，这个设想是由Clark等于1962年首次提出，1967年，Updike等[2]将酶的固定化技术变为现实，从而制成了历史上第一个酶电极，也拉开了生物传感器技术发展的序幕。近年来，随着生命科学的不断发展，人们对生物样品的检测要求也在逐步提高，而新型的材料与技术如纳米材料、仿生材料、生物芯片、生物信息技术、纳米微加工技术

2、及电子技术等的加入使生物传感器的灵敏度、选择性、安全性不断提高，生物传感器的研究工作也因而取得巨大的进步，其性能得到提升，检测研究对象也从酶、氨基酸、单糖等扩展到蛋白质、核酸、多糖等多种生物大分子[3_5]。1.1生物传感器的结构和原理生物传感器是以生物活性物质如酶、微生物、抗体等作为识别元件，并将其与理化换能器进行结合，形成的一种检测分析装置[6]。它所产生的信号与待测物的量具有一定旳比例关系，从而达到检测目的。生物传感器由两部分构成，即生物敏感元件和信号转换元件，其中生物敏感元件可以选择性地结合待测物质，而信号

3、转换元件则可以将敏感元件所产生的物理或化学变化（如热量转移、质量变化、电子转移、pH值变化、特殊离子的消耗或释放等）转变为可测信号（电倍号、光信兮、声波等)，将该信号进行放大、数字化、整波等处理之后，最终可通过显示终端来观测结果。生物化学反应中信息产生是多元化的，现代传感技术以及微电子学的成果己为这些信息的检测提供了丰富的手段。电化学生物传感器是基于生物物质的电化学相关性质并将待测物理、化学量转变为电学量来进行检测的一种传感器。其中敏感元件（分子识别元件）可为生物分子（酶、抗原、抗体等）或者生物体的本身（细胞、组织

4、等），转换元件则为电极（离子选择性电极、气敏电极等），换能器将生物物质特异性结合后所引起的变化转换为可以测景的电信号，如电流、电位、电阻等，从而实现对目标物的定性或定量的检测分析。第二代电化学酶传感器以媒介体作为电子受体，克服了之前第一代的电化学酶传感器受氧的影响大、干扰多的弊端，也被称为介体酶电极。比较常见的媒介体有亚甲基蓝[13]、二茂铁及其衍生物[14，15]、铁氰化物、硫堇、醌类等，这些电子受体可将电子从酶的氧化还原中心迅速传送到工作电极的表面。第二节纳米材料及其在生物传感器中的使用纳米材料是指晶体的尺寸量

5、纲为纳米级别的超细材料由于其超凡的特性，纳米材料在生物传感的领域展现出了引入注目的应用前显，纳米技术也被公认为是21世纪最具前途的科研领域。2.1纳米材料的分类纳米材料的分类方法有多种，如按照材质可分为纳米非佥属材料、纳米金属材料、纳米复材料和纳米高分子类材料等按照形态不同可分为纳米膜材料、纳米液体材料（如纳米溶胶、磁性液体纳米材料等）、纳米块状材料等。下面主要介绍一下纳米材料按照维度的分类标准。零维纳米材料是指空间三维尺度均为纳米尺度的材料。如原子团簇、纳米颗粒等。一维纳米材料是指在空间尺度中有两维为纳米尺度的材

6、料，如纳米管、纳米线等。二维纳米材料指有一维为纳米尺度的材料，如纳米薄膜、量子井、多层膜等。三维纳米材料则是指由以上三种维度的纳米材料为鉴本单元所构成的块状材料，其空问尺寸皆不在纳米尺度。零维和一维材料在应爪于生物传感器的纳米衬料中存着相当重要的地位图8展示了零维、一维和二维的相关表征图。在焚光生物传感器中，纳米材料常被用来标记生物分子，构建纳米突光探针。目前研究最多的为半导体纳米材料，或称其为量子点。与最为传统的有机焚光染料相比，量子点的激发波长范围较宽而发射波长范围窄，其发射焚光的稳定性和强度远远超过普通的焚光

7、染料，并且还具有生物兼容性好等优点，因而成为生物焚光定量分析中的一研究热点。Mahtab等[93]将具有特定序列核酸吸附于CdS量子点上，通过量子点表面的敏化发光可以区分不同结构（直线型、扭结型、弯曲型）的核酸，提出了一种检测稀溶液中核酸结构的新手段。Pathak等将核/壳结构Cd/ZnS量子点标记的核酸探针用来检测人精子Y染色体的焚光原位杂交。Goldman等[95]利用量子点标记抗体并将其用于蛋白质毒素的焚光免疫检测中。Sun等利用量子点作高通量蛋白芯片的焚光标记物，实现了同一块蛋白芯片上对两种抗体或抗原的同时

8、检测。付志英等利用量子点焚光探针对胃癌细胞特定抗原CA242进行了相关检测。Tsay等制备了核壳结构的量子点，并将其包覆于憐脂囊泡中，并用该材料成功检测了P815肥大细胞，对之后的进一步研究具有重要的现实意义。3结果与讨论..............413.1{QDs-BSA-Au-S-mannose}生物复合物的表征..............413.2细