纳米技术与生物传感器

（2）光纤纳米免疫生物传感器

光纤纳米免疫传感器是将光学与光子学技术应用于免疫法，利用抗原抗体能发生特异性结合的性质，将感受到的抗原量或抗体量转换成光学信号的一类传感器，这类传感器集传统的免疫测试法与光学、生物传感技术的优点集一身，具有很高的特异性、敏感性和稳定性。同时，光纤纳米免疫传感器只是在将敏感部件上使用了纳米产品，因此既保留了原来的诸多优点，又使之能适用于单个细胞的测量。Dinh^[17-18]等人成功地研制出一种用于检测BPT(Benzo pyrene tetrol，是一种与暴露于致癌物质苯并[α]芘相关的DNA损伤的生物标志物)的光纤纳米免疫传感器。他们首先用光纤拉制仪制作直径10nm~100nm的石英光纤，然后将光纤头部硅烷化，并用BPT的抗体修饰光纤头部，随后将光纤全长(修饰的光纤头部除外)镀银以防止光漏出，最后在单细胞操作的显微操纵仪/显微注射器上进行细胞穿刺及检测实验，用光电倍增管PMT记录BPT与抗体结合后产生的荧光，通过测定荧光强度的变化检测细胞内BPT的含量。该传感器的最低检出限可以达到10 ^–21mol。

5、纳米微加工

纳米微加工技术融合了IC工艺和MEMS工艺，主要包括光刻、薄膜的生长/淀积、离子注入、腐蚀和键合等四个加工步骤。近年来，分子自组装成为微细加工发展的新方向。

L. Malaquin^[19]等人采用电子束光刻工艺制作纳米电极。在光滑的硅衬底材料上，用电子束曝光、剥离(Lift-off)等工艺制作出金纳米电极结构，最小线宽可以达到20nm。该纳米电极可用于直径为100nm胶体金的电化学检测。

IBM公司和瑞典Basel^[20]大学的研究人员正在开发一种新型的纳米微悬梁生物传感器，利用DNA分子的双螺旋机构作为分子特异性识别能力的模型。器件的核心是硅悬梁天平阵列，长500μm，宽100μm，厚度为1μm。当生物分子结合时，悬梁臂开始弯曲，通过激光反射技术， 10nm~20nm的弯曲都能被检测到。在悬梁天平阵列表面固定具有不同识别性的分子，构成阵列式生物传感器，可以同时检测多项指标。

美国Naval^[21]研究实验室进一步改进了悬臂梁生物传感器，提出了磁力放大生物传感器(force amplified biological Sensor, FABS)的概念。通过待测样品分子免疫结合微磁珠，在悬臂梁的垂直方向引入磁场，微磁珠由于受到磁力作用，引起悬梁臂的弯曲。由于用力量较大的磁场力代替原来较弱的重力，检测灵敏度可以达到10^-18M。

三、结束语

纳米技术和生命科学是21世纪最前沿的两大学科，纳米技术的介入为生物传感器的发展提供了无穷的想象空间。总的说来，纳米颗粒可以广泛地应用于敏感分子的固定(纳米金、碳纳米管)、信号的检测和放大 (纳米金、纳米磁粒子、荧光纳米颗粒)、待侧物质的富集和浓缩(纳米磁粒子)。由于纳米结构有着优异的化学和物理性能，有着极高的比表面，有利于提高敏感分子的吸附能力，并能提高生化反应的速度，因此被广泛用于生物传感器表面吸附层的制作，例如表面薄膜共振SPR检测的等离子共振的金膜，气体传感器中催化剂固定的碳纳米管以及悬臂梁结构中提高吸附性能的纳米膜等。此外，利用纳米结构的特性，可以制作全新的生物传感器。实际上，生物分子本身就可以看作具有特定功能的纳米器件，如酶分子对底物分子的识别和作用，它可以切断底物分子的化学键并进行重组。细菌视紫红质的蛋白质对光很敏感，当它暴露于光下时会发射出质子，从而产生出可以检测的微小电信号。它对特定频率光的响应受溶液中不同离子浓度的影响，因而可以用来检测离子。

纳米技术在生物传感器的发展趋势是集成多功能、便携式、一次性的快速检测分析机器，可广泛用于食品、环境、战场、人体疾病等领域的快速检测，如食品和饮料中病原体或者农药残留成分的快速灵敏检测，环境中污染气体或者污染金属离子等远程检测和控制，人体血液成分和病原体的快速实时检测，人体健康的长期监测(如糖尿病患者血液中糖成分的长期监测等)，以及战场生化武器的快速检测(如对炭疽病毒的检测等)。

多种生物传感器的集成或者生物传感器阵列是生物传感器发展的另一个趋势，例如微电极阵列对二维微环境的检测等。分子自组装聚合物加工的研究呈上升趋势，其加工工艺简单可控，可以实现快速复制，而且成本较低，对生物传感器的发展有很重要的促进作用，有利于高灵敏度、低成本、一次性的纳米生物传感器的发展。 其中生物分子自组装技术更引人注目，如有机生物膜制作的纳米胶囊，由于其天然的生物兼容性、优异的特异结合性能，是生物传感器发展的另一个全新领域。

参考文献：

[1] Ward M D, E