生物传感器兴起 传感器进入低维有机材料发展时代

  日前,中国科学院化学研究所光化学院重点实验室赵永生课题组利用高比表面积的一维纳米材料,制备出一种更加灵敏的电化学发光纳米生物传感器。有机低维纳米材料由于其独特的结构和新颖的物理、化学性质,在生物传感领域中展现出广阔的应用前景。

  生物传感器是用固定化的生物体成分,如酶、抗原、抗体、激素等,或者是生物体本身的细胞、细胞器、组织等作为传感元件制成的传感器。

  检测性能得到提升

  从细菌到人,所有生物都在使用“生物分子开关”来监测环境。此类“开关”,即由RNA或蛋白制成、可改变形状的分子。这些“分子开关”的诱人之处在于:它们很小,足以在细胞内“办公”,而且非常有针对性,足以应付非常复杂的环境。受到这些天然“开关”的启发,纳米生物传感器应运而生。

  2012年,中科院上海应用物理研究所、苏州纳米技术与纳米仿生研究所、复旦大学中山医院、上海计量测试技术研究院合作开发了一种基于DNA纳米结构修饰界面的电化学生物传感器,用于microRNA肿瘤靶标的超灵敏检测。

  与传统的PCR等均相检测方法相比,基于表面反应的电化学生物传感器对疾病相关的microRNAs检测具有更加廉价、更容易实现现场检测的优点。然而,电化学生物传感器的灵敏度常常受到界面传质过程和拥挤效应的限制。为了解决这些问题,樊春海研究员及其团队之前已发展了利用三维DNA纳米结构修饰金电极表面的新方法,可以显着增强表面分子的结合能力和提高检测灵敏度。

  2012年,美国普渡大学等机构的研究人员制成了新型生物传感器,能够以非侵入的方式进行糖尿病测试,探测出人体唾液和眼泪中极低的葡萄糖浓度。这项技术无需过于繁复的生产步骤,从而可降低传感器的制造成本,并可能帮助消除或降低利用针刺进行糖尿病测试的几率。

  新型生物传感器包括3个主要部分:石墨烯制成的纳米片层、铂纳米粒子和葡萄糖氧化酶。其中的纳米片仿若微小的玫瑰花瓣,每片花瓣均包含着多个堆叠的石墨烯层。花瓣的边缘也悬挂着不完整的化学键,使铂纳米粒子可以附着在这里。纳米片和铂纳米粒子相结合能够形成电极,随后葡萄糖氧化酶也可附着在铂纳米粒子上。酶能将葡萄糖转化为过氧化物,并且在电极上产生一个信号。

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