纳米生物传感器技术结合

纳米技术和生物技术是21世纪的两大领先技术，在这两者之间存在着许多技术交叉，其中，纳米生物传感技术将有望成为新兴产业。自从1967年第一支葡萄糖传感器诞生以来，生物传感技术已成为一前沿技术，它是一个由生物、化学、医学、物理、电子技术等多种学科相互渗透形成的研究领域。生物传感器具有选择性高、分析速度快、操作简易和仪器价格低廉等特点，而且可进行在线甚至活体分析，在临床诊断、环境监测、食品工业等方面得到了高度重视和广泛应用。

纳米技术主要是针对尺度为1nm～100nm之间的分子世界的一门技术。该尺寸处在原子、分子为代表的微观世界和宏观物体交界的过渡区域，基于此尺寸的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，因此有着独特的化学性质和物理性质，如表面效应、微尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等，呈现出常规材料不具备的优越性能。

新技术的基础是科学家们对细胞内天然生物传感器的研究成果。参与研究的罗马第三大学的弗朗西斯科-里奇表示，探测转录因子活动的所有信息已被编入基因组中，而且当处于受激状态时，这数千个不同的转录因子会依附于特定的目标DNA序列中，因此，可使用这些序列作为起始点来构建新的纳米传感器。

从细菌到人，所有生物都使用“生物分子开关”（由RNA或蛋白制成、可改变形状的分子）来监测环境。这些“分子开关”的诱人之处在于：它们很小，足以在细胞内“办公”，而且非常有针对性，足以应付非常复杂的环境。

该研究团队受到这些天然纳米传感器的启发，用DNA而非蛋白质或RNA合成出了新的纳米传感器。他们将三种天然DNA序列（每种能识别出不同的转录因子）进行了调整，将其编入分子开关中，当这些DNA序列与其目标结合时，这些分子开关就会变成荧光。科学家们能用这样的纳米传感器，通过简单测量荧光强度来直接确定细胞内转录因子的活动。

科学家们主要通过细胞编程技术改变某些转录因子的浓度，将干细胞变成特定的细胞。新传感器能监测转录因子的活动，因此可确保干细胞被正确地重新编程。它也能确定病人癌细胞中的哪个转录因子被激活，哪个被抑制，以便医生对症下药。因为其能直接在生物样本体内工作，因此，它也能用于筛选和测试抑制肿瘤的新药。

科学家们无需花费数小时将蛋白质从细胞中提取出来，只需将传感器直接放入细胞中，测量荧光强度即可。这种传感器可用来监测数千个转录因子的活动，以帮助科学家们更好地理解细胞分裂和发育机制。

按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等。按照传感器器件检测的原理分类 ，可分为：热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为亲和型和代谢型两种。 解读词条背后的知识 查看全部

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生物传感器按是否使用标记物分为两类：一类是标记型生物传感器，检测时先用荧光素、放射性同位素或酶等标记物对被测生物进行标记，然后通过检测标记物的信号来获取被探测物的信息。目前使用的免疫传感器大多数属于这一类，然而利用放射性标记物检测，对于工作人员具有一定的危害，用荧光检测时非特异性荧光也会影响测量结果。标记型生物传感器所用的测试仪器体积大、价格昂贵、耗时，需要专业人员完成，并且指示剂价格昂贵，要集合几十个样本同时测量，让患者在等待中承受巨大的痛苦。另一类是免标记型生物传感器，不需要对探测物进行标记，而是直接通过生物复合物形成时的物理、化学变化对生物对象进行检测，极大地简化了操作过程，因此免标记生物传感器成为了生物传感器的一个重要研究方向 。

免标记生物传感器按照工作原理不同分为：表面等离子体谐振腔生物传感器、光学谐振腔生物传感器、光子晶体生物传感器和光纤生物传感器等。免标记光纤生物传感器是免标记生物传感器家族中的重要一员，是光纤技术与生物技术结合的产物。由于光纤传感器具有灵敏度高、结构简单、不易受电磁干扰等其它器件所不具备的优点，而免标记的生物检测方法又可以将生物化学反应直接转变为可测信号，不需要加入标记物，测试过程简单直接，因此免标记光纤传感器已经成为生物传感器研究的重要方向 。

根据敏感元件不同,光纤生物传感器可大致分为免疫传感器、酶生物传感器和核酸传感器等,现分别作详细介绍 。

1光纤免疫传感器

这是目前研究与应用较多的光纤生物传感器。光纤探头多位于轴向近端面,须去除保护层和包层,裸露纤芯,再对纤芯进行硅烷化处理,然后抗体藉助双功能交叉联结剂共价连接在硅烷化纤芯表面C抗体的固定方式是影响传感器检测灵敏度的重要因素 。

2光纤酶生物传感器

光纤酶生物传感器用酶作分子识别器,与光纤结合起来,对测试物进行分析,常用的酶有氧化还原酶(如乳酸脱氢酶、葡萄糖氧化酶等)和水解酶(如碱性磷酸酶、乙酞胆碱酶等)。根据换能器的能量转换方式可分为化学发光型、荧光型、生物发光型、光吸收型、指示剂型等 。