生物传感器-11-1

第十四章纳米生物传感器14.1概述当物质达到纳米尺度后，表现出表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应。随着扫描隧道显微镜,原子力显微镜等探针扫描技术的出现和普及应用,使微观表征和操纵技术成为现实,对纳米科技的发展起到积极的促进作用.另一个方面,纳米尺度上的物理、化学、工程技术和生物学等大面积、多学科的研究使纳米技术迅速成为一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。纳米技术已被公认为21世纪最具有前途的科研领域，它将成为第五次推动社会经济个领域快速发展的主导技术14.1.1纳米效应表面效应(surfaceeffect)是指球形颗粒的表面原子与总原子数之比随着颗粒减小到纳米尺度而大幅度增加,离子的表面能及表面张力也随之增加,从而引起颗粒性质的变化.小尺寸效应(smallsizeeffects)或尺寸效应(sizeeffect)是指当颗粒尺寸不断减小到一定限度时,其表面积显著增加,在一定条件下会引起材料宏观物理性质(包括光、热、电、磁、力学等性质）、化学性质上的变化。隧道效应是微观粒子具有波动性的表现。电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。14.1.2纳米生物传感器类型及特性纳米生物传感器的类型:1)用纳米材料作为普通生物传感器的标记,辅助信号增强,或生物敏感元件的载体.2)在宏观基质上制备纳米结构的换能器,经生物分子修饰成为纳米生物传感器.3)单分子传感器,如分子信标.4)生物体内的各种天然传感器和分子机器,它们许多是纳米级结构,如生物分子马达,DNA错配修正分子机器等.纳米生物传感器的特性:1)所需样品量少,适合珍贵生物样品测定;2)多用分子自组装的办法制备单分子生物敏感层,分子扩散阻力小,传感器的响应速度快,适合生物分子动力学的测定;3)可实现单分子测定;4)微电极只适合细胞钱部,表面和生物组织细胞间隙的物质测定;5)纳米大小的传感器可以植入细胞核中,不会对细胞实施大的伤害.14.2纳米胶体金标记优点:1)不同尺寸的胶体金可以满足不同的需要,尤其是多种标记;2)胶体金标记非常稳定,不会像荧光标记和酶学显色那样信号衰减;3)胶体金表面可以通过静电作用或是与巯基的共价作用与生物分子结合;4)胶体金标记的生物样品储存稳定性好;5)胶体金易于制备,价廉,无毒,安全,容易使用;6)灵敏度高,有的生物反应可以肉眼观察.14.3纳米生物传感器的应用Two-ColorLabelingofOligonucleotideArraysviaSize-SelectiveScatteringofNanoparticleProbesFigure1.MicroscopeimagesofmodelDNAarraysfunctionalizedwitholigonucleotidesequencesc(left)andd(right)andincubatedwithasolutionof50nmdiameterAunanoparticlesfunctionalizedwithsequencea(10nM),100nmdiameterAunanoparticlesfunctionalizedwithsequenceb(3.5nM),andoligonucleotidetarget(s)acand/orbd(200nM).(A)Arrayandnanoparticleshybridizedwithbothtargetsacandbd.(B)Arrayandnanoparticleshybridizedwithonlytargetbd.(C)Arrayandnanoparticleshybridizedwithonlytargetac.(D)Arrayandnanoparticlesincubatedintheabsenceoftarget.ItrevealedthattheAunanoparticlesontheBDMTmonolayeractedasanewelectrodesurfaceandthattheparticlesontheelectrodesurfaceachievedagoodelectricalcommunicationwiththeunderlyingelectrodesurfacethroughthemonolayer.碳纳米管碳纳米管是一种奇异分子，它是使用一种特殊的化学气相方法，使碳原子形成长链来“生长”出的“超细管子”，细到5万根并排起来才有一根头发丝宽。这种又长又细的分子，人们给它取个计量单位“纳米”的名字，叫“纳米管”。碳纳米管的构成，与石墨和碳60分子的构成都有相近之处。碳纳米管的壁，可以包含多层碳原子层，也可包含一层碳原子层，这时人们分别称它们为多层碳纳米管或单层碳纳米管。碳纳米管的直径为几个纳米到几十个纳米。碳纳米管有着不可思议的强度与韧性，重量却极轻，导电性极强，兼有金属和半导体的性能；把纳米管组合起来，比同体积的钢强度高100倍，重量却只有1/6。ResultsandDiscussion其它纳米材料