纳米技术与生物传感器

；此外，它还可广泛应用于TEM、SEM表征和试纸条显色等方面。许多文献也报道了胶体金在各种生物传感器中的信号放大作用。Gonzalez-Garcia^[7]等人利用胶体金标记，结合电化学方法来研究生物素-亲和素之间的作用。通过把生物素化的白蛋白修饰在电极表面，然后与10nm直径胶体金标记的亲和素反应，发现由胶体金引起的电流响应和亲和素浓度线性相关(2.5×10^-9mol/L ~2.5×10^–5mol/L)。

纳米粒子具有极佳的比表面积，可用于生物分子的固定，能增加固定的分子数量，从而实现信号的放大。Singh等人用sol-gel方法合成硅纳米颗粒，其直径为20nm或200nm。在纳米颗粒表面固定乙酰胆碱脂酶，可用于制造有机磷农药生物传感器，由于具有较高的比表面活性，结合离子敏场效应管检测，响应迅速(<10s)，灵敏度高，对paraoxon杀虫剂的检测下限可达1×10^-6mol/L。Cai^[8]等人把胶体金纳米颗粒固定在胱氨酸修饰的金电极表面，增加了ssDNA探针的固定效率，提高了检测的灵敏度。

金属纳米颗粒作为催化剂的载体，可以大大提高催化剂的性能。酶－胶体金固定在电极表面，可用于H₂O₂、葡萄糖、黄嘌呤、次黄嘌呤等电化学检测。Xu^[9]等人在丝网印刷的碳电极表面用胶体金修饰，结合免疫结合山葵过氧化酶(HRP)制作H₂O₂生物传感器，结果发现HRP的电催化性能和电流响应显著改善，信号线性范围有了很大的提高(0.8μM~1.0mM)，检测下限也降低至0.4μM。

2、纳米导线

采用搀硼硅(silicon nanowires，SiNWs)制作而成的纳米导线，可以提高生物传感器的电化学检测灵敏 度。Cui^[10]等人用胺和羟基修饰SiNWs，制作成纳米PH计。由于导线表面修饰基团在溶液中的质子化和去质子化，引起导线的电导率改变，而导线的电导率与溶液的PH值呈线性关系，因此可以探测环境中的PH测量。另外，Cui等人用生物素修饰的SiNWs可以检测到pmol浓度的链霉素抗生物素蛋白。固定抗原的SiNWs还可用于抗体的可逆结合和实时定量检测。研究表明，半导体的纳米导线可以制作高灵敏度、无标记和实时检测的生物传感器及其阵列。

3、纳米微管和多孔纳米结构

微管和多孔结构可以保持生物分子的活性和提高分子的固定效率，而采用尺寸更小、比表面积更大的纳米微结构，可以进一步改善生物传感器的性能。

（1）纳米微管

纳米微管的研究报道很多，其中，以碳纳米管的研究最热。碳纳米管有着优异的表面化学性能和良好的电学性能，是制作生物传感器的理想材料。无论是单层碳纳米管(single-wall nanotubes，SWNT)还是多层碳纳米管(multi-wall nanotubes，MWNT)在生物传感器中都有应用。与常规的固态碳传感器相比，碳纳米管制作的生物传感器的灵敏度高、反应速度快，检测温度范围广。据报道，Azamian等人^{[11]SWNT表面固定葡萄糖氧化酶，使酶的催化活性比普通碳电极固定的酶的催化活性提高1个数量级。K. Aihara[12]等人制作了微波碳纳米管电磁共振生物传感器，用于气体和生物分子的灵敏检测。他们将长3μm～10μm直径1.4nm～25nm的SWNTs固定在微加工的电磁共振器的表面，在不同的有机气体环境中，共振器表面吸收有机气体引起共振频率改变，例如，异丙醇(IPA)使传感器的共振频率迁移2MHz～3MHz；而当恢复原来气体环境时，传感器的共振频率逐渐恢复。}曾在

Miao^[13]等人发现了一种聚吡咯(polypyrrole)纳米微管。利用化学或电化学方法使吡咯单体在模板孔隙中生长，可得到与模板相应结构的纳米管。这种微管具有统一直径、上下连通、管壁多孔的特点。它具有较大的比表面积，能容纳大量的酶分子，并减少反应物和产物的扩散障碍，有效地提高酶电极的性能。

（2）纳米多孔硅

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，这种材料在室温下可发射可见光，具有高比表面积 (500m²/cm³)以及与现有硅加工技术相容等优点。前一优点增加了可固定敏感分子的数量，从而提高了灵敏度，后一优点则便于各种形式的微加工和大规模生产。在多孔硅的表面固定寡核苷酸、生物素或者抗体等识别分子，通过检测光干涉和折射率的变化，从而能构建一种新型的免标记生物传感器^{[14]cDNA的检测，灵敏度可达194. 2fmol/L。}。其可用于

4、光纤纳米生物传感器

与其它类型的生物传感器相比，光纤纳米生物传感器非但体积微小、灵敏度高，而且不受电磁场干扰，不需要参比器件。它可以进入细胞内部，对细胞内结构和细胞质的变化进行在线体测量。

（1）光纤纳米荧光生物传感器

Kopelman^[15-16]最早使用了荧光法的光纤纳米传感器，以检测微环境中的PH值。其工作原理是在光纤头部固定荧光剂，在荧光剂与质子发生可逆反应时，液体光学性质发生变化，根据荧光强度的变化即可测定PH值。光纤处理的方法如下：用光纤拉制仪将光纤拉制成头部直径为100nm~1000nm的光纤探针，用真空蒸发器在光纤表面镀上铝，以防止光在传输过程中外泄，然后将暴露的光纤头部硅烷化，表面修饰成含羟基或氨基的活性表面，固定识别待检测分子的抗原或抗体，最后在光纤头部结合上一种PH选择性荧光染料聚合物。该纳米传感器响应时间为250ms，可以检测浓度为μM的离子。这些特性适宜于对单个细胞和亚细胞结构的检测，例如进行小鼠胚胎细胞液PH值的检测。