新型納米傳感器的誕生

　　俄羅斯研制用于食品檢測的新型納米傳感器

　　日前，俄羅斯利佩茨克市工業(yè)大學(xué)發(fā)明了一種新型納米傳感器。該傳感器可以在數(shù)分鐘內(nèi)測定食物內(nèi)的抗生素殘留量。

　　這一新型傳感器體積很小，是一種帶有金納米粒子的特殊石英切片，具有類似磁體吸鐵的物理特性。該納米傳感器可以吸引一定類型的抗生素分子，用以納米稱量，其原理相當(dāng)于一個納米秤。利佩茨克工業(yè)大學(xué)的研究者用它來監(jiān)測牛奶、乳酪、肉類、蔬菜和海產(chǎn)品中抗生素的殘留量，相比于傳統(tǒng)的食物監(jiān)測方法，這種檢測方法只需數(shù)分鐘即可得到結(jié)果，十分快捷。

　　利佩茨克工業(yè)大學(xué)相關(guān)研究人員正在研究用它來監(jiān)測食物中生物激素和有毒物質(zhì)的殘留量。這一傳感器經(jīng)過實驗，將會產(chǎn)品化并投入市場。它的出現(xiàn)進(jìn)一步提高食品檢測的效率，保證食品安全。

　　納米材料提高檢測性能

　　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。

　　據(jù)趙永生介紹，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。

　　趙永生稱，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，實現(xiàn)了對葡萄糖的快速靈敏檢測。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，同時消除了溶解氧對測定的干擾。

　　在趙永生看來，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性能，而且提升了傳感器的化學(xué)和物理性質(zhì)以及它對生物分子或細(xì)胞的檢測靈敏度，檢測時間也得以縮短，與此同時還實現(xiàn)了高通量的實時分析檢測。

　　納米傳感器未來發(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。

　　在趙永生看來，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。