納米生物技術打開傳感器未來發(fā)展之門

從細菌到人，所有生物都在使用“生物分子開關”來監(jiān)測環(huán)境。此類“開關”，即由RNA或蛋白制成、可改變形狀的分子。這些“分子開關”的誘人之處在于：它們很小，足以在細胞內(nèi)“辦公”，而且非常有針對性，足以應付非常復雜的環(huán)境。

受到這些天然“開關”的啟發(fā)，納米生物傳感器應運而生。

生物傳感器是用固定化的生物體成分，如酶、抗原、抗體、激素等，或者是生物體本身的細胞、細胞器、組織等作為傳感元件制成的傳感器。

按所用分子識別元件的不同，生物傳感器可分為酶傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細胞器傳感器、免疫傳感器等；按信號轉(zhuǎn)換元件的不同可分為電化學生物傳感器、半導體生物傳感器、測熱型生物傳感器、測光型生物傳感器、測聲型生物傳感器等。

其中，電化學生物傳感器由于具有體積小、分辨率高、響應時間短、所需樣品少、對活細胞損傷小等特點，廣泛應用于醫(yī)藥工業(yè)、食品檢測和環(huán)境保護等領域。

如今，納米技術的介入更是為電化學生物傳感器的發(fā)展提供了新的活力。

低維有機材料成新寵

在電化學納米生物傳感器的研究中，電化學發(fā)光由于具有較高的穩(wěn)定性和較低的背景信號，其在檢測中的應用也成為科學家的興趣點。

通過電化學氧化和還原的納米材料，在電極表面可以和共反應劑反應，從而產(chǎn)生電化學發(fā)光。

這項研究進一步凸顯了利用高比表面積的一維納米材料制備生物傳感器，可以提高傳感器的靈敏度。下一步，科學家們還將利用一維納米材料構建納米光子學生物傳感器相關器件，實現(xiàn)納米材料、光子學以及生物學三者的完美結合。

未來發(fā)展趨勢

隨著納米技術和生物傳感器交叉融合的發(fā)展，越來越多的新型納米生物傳感器涌現(xiàn)出來，如量子點、DNA、寡核苷配體等納米生物傳感器。

在專家看來，未來納米生物傳感器的發(fā)展方向應該是集成多功能、便攜式、一次性的快速檢測分析機器，它可以廣泛用于食品、環(huán)境、戰(zhàn)場、人體疾病等領域的快速檢測。

例如，食品和飲料中病原體或者農(nóng)藥殘留成分的快速靈敏檢測；環(huán)境中污染氣體或者污染金屬離子等遠程檢測和控制；人體血液成分和病原體的快速實時檢測，以及戰(zhàn)場生化武器和爆炸物的快速檢測。

但新一代納米生物傳感器同樣面臨諸多挑戰(zhàn)，如更高靈敏度、特異性、生物相容性、集成多種技術、檢測方法簡化、制備工藝、批量化生產(chǎn)、成本效益等。

對此，分子自組裝加工工藝簡單可控，可以實現(xiàn)快速復制，而且成本較低，對生物傳感器的發(fā)展有很重要的促進作用，有利于高靈敏度、低成本、一次性納米生物傳感器的發(fā)展。而生物分子自組裝技術更值得關注，它具有天然的生物兼容性、優(yōu)異的結合性能，或?qū)⒊蔀樯�物傳感器發(fā)展的另一個全新領域。