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

受到這些天然“開關(guān)”的啟發(fā)，納米生物傳感器應(yīng)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(xì)胞、細(xì)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(xì)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(xué)生物傳感器、半導(dǎo)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(xué)生物傳感器由于具有體積小、分辨率高、響應(yīng)時間短、所需樣品少、對活細(xì)胞損傷小等特點，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)、食品檢測和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。

如今，納米技術(shù)的介入更是為電化學(xué)生物傳感器的發(fā)展提供了新的活力。

低維有機(jī)材料成新寵

在電化學(xué)納米生物傳感器的研究中，電化學(xué)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(yīng)用也成為科學(xué)家的興趣點。

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

這項研究進(jìn)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(xué)家們還將利用一維納米材料構(gòu)建納米光子學(xué)生物傳感器相關(guān)器件，實現(xiàn)納米材料、光子學(xué)以及生物學(xué)三者的完美結(jié)合。

未來發(fā)展趨勢

隨著納米技術(shù)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(yīng)該是集成多功能、便攜式、一次性的快速檢測分析機(jī)器，它可以廣泛用于食品、環(huán)境、戰(zhàn)場、人體疾病等領(lǐng)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(yuǎn)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(shù)、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(fù)制，而且成本較低，對生物傳感器的發(fā)展有很重要的促進(jìn)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(shù)更值得關(guān)注，它具有天然的生物兼容性、優(yōu)異的結(jié)合性能，或?qū)⒊蔀樯飩鞲衅靼l(fā)展的另一個全新領(lǐng)域。