! 王 萍 等 纳 米 材 料 在 生 物 医 学 检 测 中 的 应 用 "! 某 个 靶 标 分 析 物 或 一 个 生 物 过 程 直 接 或 间 接 引 起 纳 米 金 的 聚 集 都 可 以 通 过 纳 米 金 溶 液 颜 色 的 改 变 而 被 检 测 到 %$' 检 测 原 理 如 图

中 国 生 物 工 程 杂 志!""!# 综 述 纳 米 材 料 在 生 物 医 学 检 测 中 的 应 用 王 萍 毛 红 菊 中 国 科 学 院 上 海 微 系 统 与 信 息 技 术 研 究 所 传 感 技 术 国 家 重 点 联 合 实 验 室 上 海 # 摘 要 纳 米 技 术 的 兴 起 对 生 物 医 学 领 域 的 变 革 产 生 了 深 远 的 影 响 纳 米 材 料 是 纳 米 技 术 发 展 的 重 要 基 础 它 具 有 许 多 传 统 材 料 所 不 具 备 的 独 特 的 理 化 性 质 因 此 在 生 物 医 学 传 感 器 等 重 要 技 术 领 域 有 着 广 泛 的 应 用 前 景 对 几 类 常 见 的 纳 米 材 料 包 括 纳 米 金 量 子 点 磁 性 纳 米 粒 子 碳 纳 米 管 和 硅 纳 米 线 在 蛋 白 质 ( 金 属 离 子 以 及 生 物 相 关 分 子 检 测 方 面 的 应 用 进 行 综 述 关 键 词 纳 米 材 料 检 测 纳 米 金 量 子 点 磁 性 纳 米 粒 子 碳 纳 米 管 硅 纳 米 线 中 图 分 类 号 )'"! 应 用 高 灵 敏 度 和 选 择 性 的 生 物 分 析 方 法 去 检 测 疾 病 相 关 分 子 是 纳 米 生 物 医 学 的 一 个 重 要 研 究 方 向 纳 米 生 物 技 术 将 工 程 化 学 和 分 子 生 物 学 等 学 科 融 于 一 体 并 为 生 物 分 子 的 检 测 提 供 了 新 的 工 具 纳 米 材 料 是 纳 米 技 术 发 展 的 重 要 基 础 纳 米 材 料 具 有 独 特 的 尺 寸 依 赖 性 化 学 或 物 理 性 质 包 括 催 化 性 电 化 学 性 质 电 子 转 移 磁 性 光 学 性 质 以 及 热 力 学 等 性 质 这 些 尺 寸 依 赖 性 性 质 使 得 它 们 在 生 物 分 析 和 生 物 传 感 器 等 应 用 方 面 具 有 重 要 作 用 如 可 以 检 测 金 属 离 子 小 分 子 蛋 白 质 和 核 酸 生 物 标 志 物 $ 另 外 由 于 纳 米 粒 子 表 面 积 * 体 积 比 大 可 以 在 其 表 面 修 饰 聚 合 物 或 其 它 功 能 基 团 来 提 高 纳 米 粒 子 的 单 分 散 性 或 降 低 对 环 境 和 生 物 污 染 物 如 血 清 蛋 白 的 非 特 异 性 结 合 也 可 在 其 表 面 上 修 饰 一 些 抗 体 适 配 体 肽 等 使 得 纳 米 粒 子 在 体 内 对 特 定 的 基 因 蛋 白 质 细 胞 或 器 官 具 有 靶 向 性 本 文 主 要 对 几 类 常 见 的 纳 米 材 料 包 括 纳 米 金 量 子 点 磁 性 纳 米 粒 子 碳 纳 米 管 及 硅 纳 米 线 在 蛋 白 质 ( 金 属 离 子 以 及 生 物 相 关 分 子 检 测 方 面 的 应 用 进 行 综 述 收 稿 日 期 $#$% 修 回 日 期 $%$ 上 海 市 科 委 纳 米 专 项 资 助 项 目!# &#' # &% 通 讯 作 者 电 子 信 箱 & & & 纳 米 金 纳 米 金 又 称 胶 体 金 最 早 在 古 罗 马 时 期 作 为 一 种 染 料 用 于 玻 璃 的 染 色 纳 米 金 合 成 的 现 代 时 期 开 始 于 # 年 以 前 迈 克 尔 法 拉 第 可 能 是 第 一 个 观 察 到 胶 体 金 溶 液 的 性 质 与 散 装 金 不 同 的 人 在 过 去 的 半 个 世 纪 中 高 产 量 合 成 纳 米 金 的 方 法 得 到 了 发 展 合 成 出 的 纳 米 金 有 球 形 的 和 非 球 形 的 直 径 为 + #& 一 旦 制 备 完 成 纳 米 金 在 长 时 期 内 保 持 稳 定 纳 米 金 有 一 些 独 特 的 性 质 如 依 赖 于 大 小 和 形 状 的 光 学 和 电 学 性 质 表 面 积 * 体 积 比 大 表 面 可 以 修 饰 多 种 功 能 基 团 等,$# 因 此 其 在 生 物 医 学 研 究 和 实 验 中 成 为 非 常 有 用 的 工 具 下 面 主 要 介 绍 几 种 根 据 纳 米 金 独 特 的 性 质 进 行 检 测 的 方 法 包 括 基 于 纳 米 金 的 比 色 检 测 法 基 于 纳 米 金 能 量 转 移 的 检 测 及 基 于 纳 米 金 的 生 物 条 形 码 检 测 基 于 纳 米 金 的 比 色 检 测 法 小 的 纳 米 金 粒 子 通 常 直 径 在 +#& 在 水 中 或 玻 璃 上 显 现 出 深 红 色 这 是 由 于 其 吸 收 绿 光 可 见 光 谱 # & 处 引 起 的 当 纳 米 金 粒 子 尺 寸 增 加 时 会 导 致 红 移 现 象 并 加 宽 表 面 共 振 带 这 也 能 解 释 在 小 纳 米 金 粒 子 聚 集 过 程 中 观 察 到 的 颜 色 变 化 红 $ 蓝 现 象 纳 米 金 聚 集 过 程 中 引 起 的 肉 眼 可 见 的 颜 色 变 化 为 基 于 纳 米 金 的 比 色 分 析 提 供 了 一 个 很 好 的 平 台

! 王 萍 等 纳 米 材 料 在 生 物 医 学 检 测 中 的 应 用 "! 某 个 靶 标 分 析 物 或 一 个 生 物 过 程 直 接 或 间 接 引 起 纳 米 金 的 聚 集 都 可 以 通 过 纳 米 金 溶 液 颜 色 的 改 变 而 被 检 测 到 %$' 检 测 原 理 如 图 所 示 基 于 这 种 原 理 可 以 检 测 ( 蛋 白 质 金 属 离 子 中 性 分 子 病 毒 和 癌 细 胞 等 图 基 于 纳 米 金 聚 集 比 色 法 检 测 原 理 示 意 图! "! # " "$%&' # $" &! &"$ #$&$ &!" ' -./01 /. / & & / 0 $ & & / / 基 于 纳 米 金 粒 子 间 的 交 联 聚 集 进 行 检 测 "!!% 年 2/3 等 用 两 个 不 同 的 纳 米 金 探 针 每 个 探 针 都 与 靶 标 部 分 互 补 检 测 单 链 ( /0 ( ( 靶 标 根 据 最 简 单 的 静 电 作 用 柠 檬 酸 盐 稳 定 的 纳 米 金 可 以 #& 内 在 小 于 2 水 平 上 区 分 ( 和 双 链 ( 04. /0 ( 0 (! 5 等 基 于 6$- 7 $6 形 成 稳 定 的 配 位 化 合 物 而 导 致 纳 米 金 聚 集 并 通 过 给 定 的 温 度 检 测 溶 液 颜 色 的 变 化 或 测 定 ($ 纳 米 金 聚 集 体 的 熔 解 温 度 而 发 展 了 一 种 检 测 - 7 浓 度 的 高 灵 敏 度 和 选 择 性 的 分 析 方 法 另 外 利 用 纳 米 金 表 面 修 饰 上 冠 醚 基 团 也 可 以 检 测 8 7 7 5 7 等 碱 金 属 离 子 基 于 纳 米 金 粒 子 间 的 非 交 联 聚 集 进 行 检 测 近 年 来 一 种 非 交 联 聚 集 或 称 为 不 稳 定 导 致 的 聚 集 机 制 也 被 应 用 于 基 于 纳 米 金 的 比 色 分 析 中 在 这 种 体 系 中 纳 米 金 的 聚 集 主 要 是 由 于 静 电 力 或 电 空 间 稳 定 机 制 的 丢 失 而 不 能 形 成 粒 子 间 的 作 用 键 引 起 的 可 以 通 过 改 变 纳 米 金 的 表 面 电 荷 或 电 空 间 稳 定 性 来 使 纳 米 金 聚 集 应 用 这 种 机 制 实 现 了 对 8 7 凝 血 酶 和 (6 等 的 检 测 % 基 于 纳 米 金 的 比 色 传 感 器 可 以 克 服 传 统 方 法 的 一 些 限 制 这 些 分 析 不 需 要 有 机 助 溶 剂 光 敏 染 料 分 子 以 及 精 密 的 仪 器 因 此 有 较 好 的 应 用 前 景 基 于 纳 米 金 能 量 转 移 的 检 测 荧 光 共 振 能 量 转 移 4/ / / / / 9:;6 是 供 体 分 子 的 激 发 能 通 过 非 辐 射 转 移 形 式 传 递 给 邻 近 受 体 分 子 的 过 程 它 的 推 动 力 是 供 体 和 受 体 荧 光 分 子 之 间 的 偶 极 偶 极 相 互 作 用 表 面 能 量 转 移 4/ / / / ;6 是 指 能 量 由 荧 光 染 料 转 移 到 金 属 表 面 的 过 程 与 9:;6 不 同 的 是 它 不 是 偶 极 偶 极 作 用 而 是 偶 极 与 金 属 表 面 的 作 用 目 前 很 多 研 究 者 认 为 基 于 纳 米 金 的 能 量 转 移 属 于 ;6 机 制 在 ;6 机 制 中 纳 米 金 作 为 能 量 转 移 的 受 体 有 以 下 几 点 优 势 高 的 荧 光 猝 灭 效 率 可 调 的 猝 灭 性 质 稳 定 的 光 学 性 质 理 论 研 究 表 明 纳 米 金 的 猝 灭 能 力 取 决 于 它 们 的 大 小 形 状 与 荧 光 染 料 的 距 离 光 谱 重 叠 和 偶 极 方 向 但 是 有 关 猝 灭 的 具 体 机 制 还 不 清 楚, 在 ;6 中 能 量 转 移 距 离 几 乎 是 9:;6 中 距 离 的 两 倍 另 外 同 一 纳 米 金 可 以 猝 灭 不 同 激 发 荧 光 的 染 料 从 可 见 区 到 近 红 外 区 # % : 等 利 用 基 于 纳 米 金 的 ;6 来 检 测 核 酸 酶 酶 切 0 ( 通 过 荧 光 的 猝 灭 与 恢 复 来 检 测 酶 切 能 力 ' / 等 利 用 纳 米 金 的 ;6 性 质 特 异 性 的 识 别 - 的 : ( 序 列 研 究 发 现 随 着 纳 米 金 大 小 从 # + '& 变 化 猝 灭 效 率 增 强 倍 当 纳 米 金 的 大 小 为 & 时 检 测 限 为 2 荧 光 染 料 标 记 的 含 量 丰 富 的 适 配 体 可 以 结 合 在 纳 米 金 表 面 纳 米 金 将 其 荧 光 猝 灭 但 当 适 配 体 与 其 配 体 结 合 后 将 形 成 $ 四 聚 体 结 构 使 其 不 能 再 与 纳 米 金 表 面 结 合 荧 光 信 号 增 强 "! 等 利 用 这 种 原 理 来 筛 选 抗 肿 瘤 药 物 54 等 基 于 纳 米 金 的 ;6 原 理 第 一 个 建 立 了 用 量 子 点 标 记 的 适 配 体 和 纳 米 金 标 记 的 核 苷 酸 同 时 检 测 两 种 分 析 物 的 方 法 纳 米 金 在 能 量 转 移 体 系 中 不 仅 可 以 作 为 猝 灭 剂 还 可 以 作 为 荧 光 供 体 它 具 有 光 学 稳 定 性 生 物 相 容 性 毒 性 小 等 特 点 因 此 在 生 物 化 学 分 析 中 有 明 显 优 势 基 于 纳 米 金 的 生 物 条 形 码 检 测 在 生 物 条 形 码 分 析.$./ 0 & ( 中 使 用 两 种 组 分 分 别 实 现 靶 标 的 识 别 与 捕 获 即 磁 性 微 粒 & & / / 22 和 纳 米 金 22 上 修 饰 有 能 识 别 靶 标 的 分 子 核 酸 或 抗 体 条

! 中 国 生 物 工 程 杂 志! 形 码 核 苷 酸 捕 获 序 列 与 条 形 码 杂 交 后 结 合 到 纳 米 金 上 同 时 纳 米 金 上 还 修 饰 有 识 别 靶 标 的 分 子 核 酸 或 抗 体 当 靶 标 存 在 时 能 形 成 纳 米 金 靶 标 $22 三 明 治 复 合 物 经 过 磁 分 离 洗 去 溶 液 中 未 反 应 的 成 分 在 体 系 中 加 入 水 并 加 热 使 条 形 码 核 苷 酸 释 放 出 来 并 与 芯 片 上 修 饰 的 条 形 码 序 列 的 捕 获 探 针 以 及 纳 米 金 探 针 与 条 形 码 序 列 另 一 部 分 互 补 形 成 捕 获 探 针 $ 条 形 码 核 苷 酸 $ 纳 米 金 三 明 治 复 合 物 在 纳 米 金 上 催 化 还 原 银 离 子 就 可 产 生 银 斑 点 可 用 肉 眼 观 察 或 光 散 射 方 法 检 测 2/3 和 他 的 同 事 将 基 于 ( 检 测 的 方 法 进 一 步 改 进 与 以 前 纳 米 金 上 修 饰 三 种 链 相 比 这 种 检 测 方 法 只 需 要 一 种 巯 基 化 的 条 形 码 ( 它 由 识 别 靶 序 列 的 特 异 性 序 列 和 通 用 序 列 组 成 可 以 用 二 硫 苏 糖 醇 66 将 条 形 码 ( 从 纳 米 金 上 释 放 下 来 进 行 检 测 图 图 基 于 技 术 的 纳 米 探 针 标 记 及 杂 交 检 测 过 程 示 意 图 &"! &!&"$$&$!% '&$# (%!#)&"$! #*! %&' #$ 基 于 条 形 码 ( 检 测 方 法 ( 主 要 通 过 放 大 检 测 信 号 而 不 是 放 大 靶 标 加 上 纳 米 金 的 银 染 放 大 作 用 大 大 提 高 了 检 测 的 灵 敏 度 # 我 们 实 验 室 基 于 2/3 开 发 的 ( 技 术 将 纳 米 金 颗 粒 标 记 的 探 针 结 合 基 因 芯 片 方 法 用 于 乙 肝 病 毒 (- ( 的 检 测 进 一 步 优 化 了 纳 米 金 探 针 标 记 步 骤 和 杂 交 条 件 可 在 较 短 时 间 内 完 成 对 - ( 的 检 测 灵 敏 度 已 能 接 近 聚 合 酶 链 & / / : 反 应 的 检 测 灵 敏 度 另 外 使 用 多 重 条 形 码 序 列 进 行 分 析 可 以 从 一 个 混 合 物 中 同 时 检 测 多 种 肿 瘤 标 志 物 检 测 限 可 达 2 水 平, 有 望 发 展 成 为 早 期 诊 断 癌 症 及 一 些 重 大 疾 病 的 方 法 量 子 点 量 子 点 44&0 ) 是 大 小 在 +& 的 胶 体 半 导 体 纳 米 晶 体 其 电 子 都 限 定 在 三 维 空 间 它 们 由 一 个 大 谱 带 隙 的 半 导 体 壳 包 围 一 个 半 导 体 核 组 成 核 通 常 由 元 素 周 期 表 中 的 和 或 和 族 元 素 组 成 而 壳 是 由 像 < 这 样 的 高 带 隙 材 料 组 成 < 壳 的 功 能 是 可 以 降 低 核 的 氧 化 和 核 内 金 属 离 子 的 浸 出 通 过 钝 化 核 壳 也 可 以 增 加 量 子 产 率 ) 与 传 统 有 机 染 料 相 比 有 以 下 几 点 优 势 宽 的 吸 收 光 谱 窄 的 发 射 光 谱 高 量 子 产 率 抗 光 漂 白 作 用 以 及 高 度 的 光 化 学 稳 定 性 它 们 具 有 依 赖 于 颗 粒 大 小 的 荧 光 发 射 光 谱 不 同 大 小 的 ) 可 以 在 同 一 波 长 被 激 发 发 射 出 不 同 波 长 的 光 谱 因 此 可 以 同 时 对 多 种 生 物 分 子 进 行 分 析 #$ % 最 近 几 年 ) 常 被 用 于 荧 光 共 振 能 量 转 移 9:;6 生 物 发 光 共 振 能 量 转 移. 4& / / / / :;6 和 电 荷 转 移 / / / 6 中 在 这 些 应 用 中 ) 不 仅 作 为 生 物 亲 和 性 探 针 或 酶 的 支 架 同 时 也 能 通 过 ) 的 光 致 发 光 实 现 转 导 作 用 ' 下 面 主 要 介 绍 基 于 ) 的 9:;6 :;66 过 程 在 生 物 医 学 检 测 中 的 应 用 +,- 有 效 地 9:;6 相 互 作 用 需 要 满 足 以 下 两 个 条 件 供 体 和 受 体 的 接 近 性 这 是 由 偶 极 偶 极 作 用 的 性 质 决 定 的 供 体 的 发 射 光 谱 和 受 体 的 吸 收 光 谱 要 有 一 定 程 度 的 重 叠 另 外 这 个 过 程 也 取 决 于 供 体 和 受 体 偶 极 的 相 对 方 向 ) $9:;6 检 测 的 基 本 原 理 是 ) 作 为 能 量 的 供 体 生 物 分 子 上 标 记 上 一 个 染 料 受 体 发 生 在 ) 表 面 的 生 物 识 别 过 程 用 于 结 合 或 解 离 受 体 或 者 改 变 受 体 与 ) 之 间 的 距 离 然 后 根 据 这 一 过 程 产 生 的 信 号 进 行 分 析 " ( 甲 基 化 通 过 使 重 要 的 肿 瘤 抑 制 基 因 沉 默 而 促 进 癌 症 的 形 成 因 此 检 测 ( 的 甲 基 化 可 以 作 为 肿 瘤 早 期 诊 断 的 重 要 工 具 利 用 甲 基 化 $ 特 异 性 ) 荧 光 共 振 能 量 转 移 & $ 44& 0 4/ / / / / 2 $ 9:;6 可 以 在 病 人 唾 液 样 本 中 一 步 检 测 肿 瘤 抑 制 基 因 =(:

! 王 萍 等 纳 米 材 料 在 生 物 医 学 检 测 中 的 应 用! 8 和 8 ( 的 甲 基 化 因 此 可 用 来 定 量 ( 甲 基 化 的 程 度! 激 酶 是 凋 亡 信 号 通 路 的 一 部 分 它 在 乳 腺 癌 和 其 他 肿 瘤 中 下 调 # 利 用 ) $9:;6 结 合 激 酶 的 底 物 可 以 检 测 激 酶 的 水 解 活 性 另 外 2> 是 在 很 多 髓 质 细 胞 表 面 表 达 的 糖 蛋 白 可 以 作 为 早 期 癌 症 诊 断 的 生 物 标 志 物 利 用 适 配 体 ) $9:;6 以 及 三 组 分 ( 杂 交 体 系 可 以 检 测 到 & *5 水 平 的 2> 因 此 ) $9:;6 可 作 为 一 种 检 测 方 法 有 望 在 肿 瘤 的 早 期 诊 断 中 发 挥 作 用 我 们 实 验 室 也 基 于 ) $ 9:;6 传 感 器 中 的 ( 杂 交 导 致 荧 光 信 号 改 变 的 原 理 建 立 了 检 测 - ( 及 单 碱 基 突 变 的 方 法 可 以 与 多 种 仪 器 兼 容 具 有 特 异 快 速 高 分 辨 率 高 灵 敏 度 和 高 通 量 的 特 点 图 可 望 应 用 于 临 床 医 学 中 靶 ( 及 单 碱 基 突 变 的 检 测 图 基 于 +,- 检 测. 原 理 示 意 图 &" " +,-%&' #.# " "$ " #*'$ /' $&$& ' %(? ) / @ 0,"# & 5 & /& # 04 0 /4 9:;6. ) 0/0 # / &. 9:;6. / 0. / & 0 / ( ) $:;6 体 系 成 功 检 测 出 老 鼠 血 清 和 肿 瘤 细 胞 裂 解 物 中 的 基 质 金 属 蛋 白 酶 22 $ 检 测 限 为 *& 通 过 改 变 底 物 肽 可 以 检 测 出 其 他 蛋 白 酶 如 22 $' 和 尿 激 酶 型 纤 溶 酶 激 活 物 4 ( 另 外 使 用 两 种 不 同 的 ) 可 以 在 同 一 样 本 中 同 时 检 测 22 $ 和 4 (, :;6 也 可 以 像 9:;6 一 样 用 于 活 体 细 胞 成 像 除 不 需 要 外 源 光 源 外 :;6 与 9:;6 相 比 还 有 以 下 几 点 优 势 不 会 对 细 胞 造 成 光 损 伤 无 荧 光 漂 白 现 象 无 自 发 荧 光 背 景 不 会 直 接 激 发 受 体, +,- 除 了 9:;6) 也 可 以 用 于 :;6 过 程 :;6 首 先 是 在 海 产 动 物 如 水 母 和 海 肾 中 发 现 的 与 9:;6 的 机 制 相 似 :;6 也 是 一 种 非 辐 射 性 的 能 量 转 移 过 程 但 是 能 量 的 来 源 不 是 外 源 光 源 :;6 的 供 体 具 有 内 在 荧 光 特 性 通 常 用 作 供 体 的 有 海 肾 荧 光 素 酶 和 萤 火 虫 荧 光 素 酶 它 们 能 氧 化 各 自 的 底 物 发 射 出 不 同 波 长 的 光, 而 ) 通 常 作 为 受 体 这 种 方 法 相 比 于 9:;6 有 优 越 性 因 为 其 消 除 了 外 源 光 源 直 接 激 发 受 体 分 子 的 可 能 性 因 此 背 景 信 号 很 低 # ) $:;6 体 系 的 一 个 重 要 应 用 就 是 检 测 蛋 白 酶 的 水 解 活 性 将 生 物 发 光 蛋 白 荧 光 素 酶 " 的 端 通 过 蛋 白 酶 肽 底 物 偶 联 到 ) 上 蛋 白 酶 存 在 时 断 裂 底 物 将 生 物 发 光 蛋 白 与 ) 分 开 :;6 作 用 消 失 这 种 - # 2 01 等 利 用 6 猝 灭 ) 的 荧 光 来 检 测 蛋 白 酶 的 活 性 具 有 氧 化 还 原 活 性 的 钌 邻 二 氮 杂 菲 标 记 含 有 多 聚 组 氨 酸 的 肽 然 后 将 这 个 复 合 物 偶 联 到 ) 上 使 钌 与 ) 接 近 电 子 从 钌 转 移 到 ) 上 而 出 现

! 中 国 生 物 工 程 杂 志! 6) 的 荧 光 猝 灭 当 有 蛋 白 酶 存 在 时 能 酶 解 肽 链 使 ) 与 钌 邻 二 氮 杂 菲 分 开 ) 的 荧 光 恢 复 从 而 提 供 一 个 可 以 检 测 凝 血 酶 和 糜 蛋 白 酶 的 信 号 磁 性 纳 米 粒 子 磁 性 纳 米 粒 子 & / 2 是 可 以 在 外 磁 场 作 用 力 下 操 纵 的 一 种 纳 米 粒 子 通 常 由 磁 性 元 素 如 铁 镍 钴 和 它 们 的 氧 化 物 组 成 2 可 以 用 于 磁 共 振 成 像 2:A 基 因 传 送 组 织 工 程 和 生 物 分 离 等 当 在 2 表 面 修 饰 药 物 或 生 物 活 性 剂 如 多 肽 和 核 酸 2 形 成 可 以 穿 透 组 织 和 细 胞 的 微 粒 体 系 可 以 用 作 器 官 特 异 性 治 疗 和 诊 断 % 前 面 已 经 提 到 利 用 纳 米 金 和 2 进 行 生 物 条 形 码 分 析 进 行 各 种 分 子 的 检 测 除 此 之 外 2 也 可 以 用 于 其 他 方 面 的 检 测 布 鲁 氏 菌 是 能 在 动 物 和 人 体 中 引 起 严 重 布 鲁 菌 病 的 致 病 菌 2 表 面 修 饰 上 布 鲁 氏 菌 脂 多 糖 可 以 检 测 布 鲁 氏 菌 抗 体 的 存 在 检 测 限 为 # *& ' " = 等 利 用 二 巯 丁 二 酸 修 饰 的 超 顺 磁 氧 化 铁 纳 米 粒 子 电 化 学 传 感 器 检 测 含 有 体 积 分 数 为 #B 的 大 鼠 尿 液 中 的. 检 测 限 为 #. 线 性 响 应 范 围 为 +#. 利 用 磁 $ :$ 酶 相 连 的 基 因 技 术 可 以 检 测 慢 性 骨 髓 性 白 血 病 25 中 的 :*(5 融 合 基 因 将 : 引 物 结 合 在 2 上 可 以 方 便 地 分 离 出 : 产 物 这 种 方 法 可 以 检 测 到 # *& 的 ( 模 板! 0 碳 纳 米 管 碳 纳 米 管 /. 4. 6 是 由 石 墨 片 组 成 的 圆 柱 形 中 空 结 构 的 纳 米 材 料 它 呈 现 很 高 的 化 学 稳 定 性 机 械 强 度 以 及 独 特 的 电 学 热 学 和 光 学 性 质 % 6 可 以 分 为 两 类 单 壁 碳 纳 米 管 $ 0 /. 4.? 6 和 多 壁 碳 纳 米 管 &4 $ 0 /. 4. 2? 6? 6 是 由 单 层 石 墨 烯 组 成 的 直 径 为, + & 长 度 达 & 2? 6 是 由 多 层 管 子 叠 加 形 成 的 总 直 径 为, +& 可 以 达 到 几 微 米 长, 由 于 6 的 圆 柱 状 结 构 和 独 特 的 机 械 光 学 等 特 性 可 以 提 高 ( 分 子 的 识 别 能 力, 利 用? 6 与 ( 研 究 出 的 荧 光 生 物 传 感 器 可 以 识 别 生 物 分 子 间 的 相 互 作 用? 6 与 染 料 标 记 的 ( 近 距 离 非 共 价 结 合 在 无 靶 标 存 在 时 可 以 猝 灭 荧 光 当 靶 ( 存 在 时 可 以 使 荧 光 恢 复 通 过 荧 光 显 微 镜 检 测 荧 光 来 确 定 靶 ( 的 存 在 与 否, 6 结 合 拉 曼 标 记 的 抗 体 可 以 用 于 检 测 自 身 免 疫 疾 病 韦 格 纳 肉 芽 肿 的 生 物 标 志 物 检 测 限 达 到 2, 利 用 6 还 可 以 用 来 检 测 - 7,,,# 海 洛 因 代 谢 物 和,% 单 核 苷 酸 多 态 性 等 1 硅 纳 米 线 自 从 纳 米 线 性 材 料 被 发 现 以 来 由 于 其 特 殊 的 物 理 性 质 如 光 发 射 场 发 射 量 子 限 制 效 应 等 和 广 阔 的 应 用 前 景 越 来 越 受 到 研 究 人 员 的 重 视 硅 纳 米 线 更 是 因 为 其 与 现 有 半 导 体 技 术 最 好 的 兼 容 性 而 成 为 材 料,' 科 学 与 微 纳 传 感 器 研 究 的 热 点 等 制 作 了 硅 纳 米 线 的 阵 列 通 过 肽 核 酸 ($ ( 杂 交 的 方 式 检 测 目 标 ( 灵 敏 度 达 到 2 级 并 且 能 明 显 区 分 单 碱," 基 错 配 < 等 利 用 基 于 硅 纳 米 线 的 传 感 器 可 在 & 内 检 测 到 低 于 2 的 登 革 热 病 毒 型 逆 转 录 聚,! 合 酶 链 反 应 :6$ : 产 物 < 等 利 用 硅 纳 米 线 场 效 应 传 感 器? 9;6 在 结 合 目 标 蛋 白 前 后 的 频 域 特 性 变 化 来 检 测 目 标 蛋 白 研 究 结 果 表 明 频 域 信 号 更 不 容 易 受 到 分 子 热 运 动 或 载 流 子 漂 移 等 噪 声 的 干 扰 硅 纳 米 线 本 身 表 面 积 * 体 积 值 大 导 致 其 对 环 境 变 化 的 极 度 敏 感 而 且 硅 纳 米 线 稳 定 可 重 复 的 电 学 特 性 保 证 了 精 确 可 靠 的 直 接 电 读 出 加 之 其 电 导 率 可 调 制 表 面 容 易 修 饰 生 物 识 别 基 的 特 点 使 硅 纳 米 线 成 为 新 一 代 生 化 传 感 器 的 重 要 代 表 展 望 纳 米 技 术 使 人 类 认 识 自 然 和 改 造 自 然 的 能 力 扩 展 到 原 子 和 分 子 领 域 在 生 物 医 学 检 测 方 面 纳 米 技 术 与 传 统 的 检 测 方 法 相 比 有 以 下 几 点 优 势 微 型 化 分 析 实 时 多 重 分 析 低 样 品 量 和 试 剂 的 消 耗 高 灵 敏 度 以 及 分 析 速 度 快 等 这 意 味 着 基 于 纳 米 粒 子 的 分 析 甚 至 有 可 能 超 越 现 在 占 主 导 地 位 的 技 术 如 : 和 酶 联 免 疫 吸 附 反 应 1 & $ 3 0 &&4 /. ;5A ( ## 结 合 纳 米 技 术 在 分 析 中 出 现 的 问 题 纳 米 技 术 真 正 应 用 于 生 物 检 测 还 需 要 改 善 纳 米 粒 子 的 合 成 方 法 以 达 到 提 高 纳 米 粒 子 的 单 分 散 性 及 分 析 时 良 好 的 重 现 性 目 的 另 外 通 过 对 纳 米 粒 子 的 表 面 修 饰 进 一 步 研 究 改 善 纳 米 粒 子 在 水 溶 液 和 高 离 子 强 度 环 境 中 的 稳 定 性 获 得 表 面 的 多 功 能 性 以 及 有 利 于 生 物 分 子 结 合 到 其 表 面 # 寻 求 新 型 纳 米 材 料 和 具 有 多 功 能 性 的 纳 米 粒 子 发 展 可 以 在 复 杂 的 生 物 体 液 如 血 液 尿 液 血 清 等 中 检 测 分 析 物 的 有 效 传

! 王 萍 等 纳 米 材 料 在 生 物 医 学 检 测 中 的 应 用! 感 器 将 其 更 好 的 应 用 于 生 物 医 学 检 测 方 面 也 是 未 来 的 一 个 发 展 方 向 参 考 文 献?. / - 5 > / 4 & 0? A /0 / : $ & 0 0.! '$ #, ( : /3 2$- / /0 0 0 (0 0 /4 / : % %$ " -4 3 6 / = 0 / 4 0 / 0 4/ (0 0 /4 / : %,$#, "$,,", ( /? 5 0 / / 0 2 0 ( 0 & A / ;0,!! "$!, #? : 6 4 0 / 0 0 0 & : " '! "$,# % <? /3 2( 5= 0 / $ 0 /& / ( & & "! # % $ ' ' 郭 青 川 王 祥 娄 新 徽 等 基 于 纳 米 金 比 色 检 测 C ( 基 因 单 碱 基 突 变 高 等 学 校 化 学 学 报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