惠俊敏

（重慶第二師范學(xué)院生物與化學(xué)工程系 重慶 400067）

納米材料在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用

惠俊敏

（重慶第二師范學(xué)院生物與化學(xué)工程系 重慶 400067）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的新型材料被研究出來并且廣泛地運用，納米材料就是最具有代表性的一種新型材料，它的出現(xiàn)使很多領(lǐng)域中的難題得到了解決。納米作為一種直徑極小、靈敏度以及選擇性超高的特殊材料，已經(jīng)被用于電化學(xué)生物傳感器的研發(fā)當(dāng)中，本文將對納米材料在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用進行簡單的分析和研究，希望能夠為傳感器的研制提供一些幫助。

納米材料 電化學(xué) 生物傳感器

在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，每一個領(lǐng)域都不再是單獨的發(fā)展，各領(lǐng)域之間的交集越來越多，在多個領(lǐng)域相互結(jié)合的情況下又產(chǎn)生了新的科學(xué)領(lǐng)域，生命電分析化學(xué)就是由多種科學(xué)融合所產(chǎn)生的結(jié)果。它包含了生物技術(shù)、電分析技術(shù)、表面科學(xué)和生命科學(xué)，但是在該方面進行研究時遇到了很大的困難，由于納米技術(shù)的成熟和納米材料的廣泛應(yīng)用，為該領(lǐng)域的研究打開了新的局面。不同的納米材料會具有屬于自己的物理化學(xué)性質(zhì)，它們所具備的特性對于微觀研究起到了很大的幫助，而文中就將指出納米材料在傳感器中應(yīng)用進展。

1　納米材料在電化學(xué)生物傳感器中的特殊功能

在一個三維空間尺寸中，最少要有一維的尺寸在1-100納米之間才能夠稱之為納米材料。因為納米材料的尺寸分布非常特殊，所以會擁有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及宏觀隧道效應(yīng)，也正因為這些獨特的效應(yīng)才能表現(xiàn)出一系列獨特的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)以及催化性能。將納米材料應(yīng)用在傳感器的研究當(dāng)中起到了非常重要的作用，其中以下幾點的作用是十分關(guān)鍵的：

（1）加速電子傳遞。有些納米材料擁有非常好的導(dǎo)電性，其中較為典型的就是金屬納米和碳納米，它們能夠成為生物電子和正負極間的導(dǎo)線，不僅如此，異相界面中的電子交換速率也隨之增加。金屬納米和碳納米這些導(dǎo)電性良好的納米材料當(dāng)作導(dǎo)線連接著蛋白質(zhì)和正負極，在這樣的條件下電子可以更加自如地在蛋白質(zhì)和正負極之間移動，運用這種技術(shù)所研制出的生物傳感器才會有特殊性能。（2）催化反應(yīng)。納米材料的直徑極其微小，具有高比表面積和高表面能的特點，因此會擁有非常高的催化性能。上述提到的兩種納米粒子以及氧化物納米粒子都會表現(xiàn)出很好的催化性能，而電化學(xué)生物傳感器恰恰需要具有很高催化效率的材料。碳納米粒子的粒徑在納米材料中也是很小的，所以就會在表現(xiàn)高表面能時而原子配位不足，這樣電子在其他物質(zhì)之間交換時就會非常容易，電催化也就因此有著十分廣泛的應(yīng)用前景。（3）生物分子的固定。比表面積大、表面能高、相容性強都是納米材料所擁有的特殊優(yōu)點，這些良好的特性能夠讓生物分子緊緊的貼在電極的表面上，不僅如此，生物分子自身所具有的特殊活性和構(gòu)型也沒有發(fā)生改變。在眾多的納米材料中，氧化物納米材料常常被用作與生物分子（蛋白質(zhì)）的固定，因為這種納米材料的表面和生物分子之間有很好的兼容性，這樣就會更利于生物分子保持其自身的構(gòu)型。（4）標記生物分子。在電化學(xué)生物傳感器當(dāng)中，生物分子的標記和檢測是極為重要，納米材料的加入使得標記和檢測技術(shù)得到了很大的突破。在一般情況下，半導(dǎo)體納米粒子和金屬納米粒子通常會成為標記物的首選，金屬納米中一般會選取金、銀納米，常常標記DNA、抗原和抗體這些能夠識別分子的生物分子。（5）反應(yīng)控制開關(guān)。磁性納米材料會具有非常好的物化特性以及良好的磁性，根據(jù)這兩個特點可把他當(dāng)作一個能夠控制反應(yīng)的開關(guān)，這樣就能夠很好的控制催化的進程。四氧化三鐵是一種最為常用的磁性納米，它能夠成為一種信號來激發(fā)酶催化底物。（6）反應(yīng)物。某些納米材料會擁有一些和本體自身不同的化學(xué)性質(zhì)，因為納米材料具有較高的表面能，所以這種微小粒子所擁有的活性要高于本體。例如，在正常情況下二氧化錳能夠催化雙氧水分解，但是當(dāng)把二氧化錳納米材料直接放入到雙氧水時，就可以直接發(fā)生反應(yīng)，根據(jù)這樣的特點就能夠研制出具有高靈敏度、強選擇性的生物傳感器。

2　納米材料在生物傳感器中應(yīng)用的展望

納米技術(shù)的逐漸成熟為電化學(xué)生物傳感器的研究打開了新的局面，在不久的將來，隨著納米技術(shù)的進一步發(fā)展，生物傳感器的研究方向可以關(guān)注以下幾點：

（1）讓納米標記物的排列分布更加均勻，并使其擁有電化學(xué)響應(yīng)的特性，這樣就可以在檢測多組分蛋白質(zhì)和DNA時發(fā)揮作用（2）運用納米材料所具有的特性來建立起仿生的界面，這樣更有利于神經(jīng)活動的研究（3）再將納米技術(shù)、微電子機械技術(shù)以及電化學(xué)傳感技術(shù)相融合，讓電化學(xué)生物傳感器能夠?qū)崟r的檢測更加復(fù)雜的樣品。納米材料在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用是非常重要的，雖然它的“身材”十分微小但是功能卻很強大，也正因為這種技術(shù)的加入為該領(lǐng)域的研究開創(chuàng)了新的天地，這種生物傳感器在不久的將來會給人們的日常生活帶來非常大的好處，各項技術(shù)不斷進步以及更加完美的融合能夠為人類的探索帶來更大的幫助。

3　結(jié)語

電化學(xué)生物傳感器的結(jié)合是目前分析研究中最活躍的領(lǐng)域之一，在目前為止，它的研究意義對于生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展來說是十分重要的。傳感器的會由很多傳感器和電子線路組成，而生物傳感器是將生物分子作為感元件的傳感器，納米材料及技術(shù)的成熟使得生物傳感器的研究得到了進一步的發(fā)展，傳感器的成熟在未來不僅僅只是應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)，更能應(yīng)用于環(huán)境檢測、食品安全等與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的領(lǐng)域。本文對納米材料在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用進行簡單的分析和研究，希望能夠為電化學(xué)生物傳感器的研究做出一些貢獻。

［1］張陽德.納米生物分析與分子生物學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］汪爾康，陳義.生命分析化學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2006.

［3］楊海朋，陳仕國，李春輝，等.納米電化學(xué)生物傳感器［J］.化學(xué)進展，2009（1）：210-216.

TB383.1

A

1674-2060（2016）05-0309-02

（基于苝四甲酸新型納米敏感界面的曉分析藥物傳感器構(gòu)建及其對茶堿的定量檢測研究，重慶第二師范學(xué)院校級科研項目.編號：KY201545C）

惠俊敏（1988—），女，重慶九龍坡人，碩士，助教，研究方向：藥物代謝動力學(xué)、藥物分析學(xué)、電化學(xué)生物傳感器。