隨著科技的進(jìn)步，傳感器和光學(xué)元件都將趨于小型化和集成化。有機(jī)低維納米材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和新穎的物理、化學(xué)性質(zhì)，在生物傳感、納米光子學(xué)領(lǐng)域中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。近日，據(jù)國(guó)際知名期刊《AdvancedMaterials》報(bào)道，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所光化學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用高比表面積的一維納米材料，制備出一種更加靈敏的電化學(xué)發(fā)光納米生物傳感器。該項(xiàng)研究也為低維納米材料制備生物傳感器提供了重要的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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(cè)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(duì)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(yùn)而生。

據(jù)中科院相關(guān)人員介紹，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(shí)別元件的不同，生物傳感器可分為酶?jìng)鞲衅?、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(hào)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(cè)熱型生物傳感器、測(cè)光型生物傳感器、測(cè)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(shí)間短、所需樣品少、對(duì)活細(xì)胞損傷小等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)、食品檢測(cè)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。納米材料具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)等，使得其表現(xiàn)出奇異的化學(xué)、物理性質(zhì)。例如常見的碳納米材料，特別是碳納米管、石墨烯等，就表現(xiàn)出優(yōu)良的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能、表面性能及獨(dú)特的電化學(xué)性質(zhì)。此前，研究人員就曾用瓊脂糖將葡萄糖氧化酶和連接了二茂鐵的單壁碳納米管固定在玻碳電極表面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄糖的快速靈敏檢測(cè)。碳納米管的引入還能夠顯著提高電化學(xué)敏感膜中電活性物質(zhì)的氧化還原可逆性，同時(shí)消除了溶解氧對(duì)測(cè)定的干擾。納米材料應(yīng)用于電化學(xué)生物傳感器領(lǐng)域后，不僅提高了傳感器的檢測(cè)性能，而且提升了傳感器的化學(xué)和物理性質(zhì)以及它對(duì)生物分子或細(xì)胞的檢測(cè)靈敏度，檢測(cè)時(shí)間也得以縮短，與此同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了高通量的實(shí)時(shí)分析檢測(cè)。

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(diǎn)、DNA、寡核苷配體等納米生物傳感器。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(cè)分析機(jī)器，它可以廣泛用于食品、環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)、人體疾病等領(lǐng)域的快速檢測(cè)。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(cè);環(huán)境中污染氣體或者污染金屬離子等遠(yuǎn)程檢測(cè)和控制;人體血液成分和病原體的快速實(shí)時(shí)檢測(cè)，以及戰(zhàn)場(chǎng)生化武器和爆炸物的快速檢測(cè)。

但是與此同時(shí)，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(cè)方法簡(jiǎn)化、制備工藝、批量化生產(chǎn)、成本效益等。對(duì)此，這一生物傳感器的研發(fā)課題組專家表示，分子自組裝加工工藝簡(jiǎn)單可控，可以實(shí)現(xiàn)快速?gòu)?fù)制，而且成本較低，對(duì)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(gè)全新領(lǐng)域。