纳米电化学生物传感器

　　收稿 : 2008 年 3 月 , 收修改稿 : 2008 年 8 月 　3 深圳大学科研启动基金项目 (No. 200818)资助3 3 通讯联系人 　e2mail :yanghp @szu. edu. cn 纳米电化学生物传感器 3 杨海朋 3 3 　陈仕国　李春辉　陈东成　戈早川 (深圳大学材料学院 深圳市特种功能材料重点实验室 　深圳 518060) 摘 　要　纳米电化学生物传感器是将纳米材料作为一种新型的生物传感介质 ,与特异性分子识别物质 如酶、抗原Π抗体、DNA 等相结合 ,并以电化学信号为检测信号的分析器件。本文简要介绍了生物传感器的分 类和纳米材料在电化学生物传感器中的应用及其优势 ,综述了近年来各类纳米电化学生物传感器在生物检 测方面的研究进展 ,包括纳米颗粒生物传感器 ,纳米管、纳米棒、纳米纤维与纳米线生物传感器 ,以及纳米片 与纳米阵列生物传感器等。 关键词 　生物传感器 　电化学传感器 　纳米材料 　生物活性物质 　固定化 中图分类号 : O65711 ; TP21213 　文献标识码 : A 　文章编号 : 10052281X(2009) 0120210207 Nanomaterials Based Electrochemical Biosensors Yang Haipeng 3 3 　Chen Shiguo 　Li Chunhui 　Chen Dongcheng 　Ge Zaochuan (Shenzhen Key Laboratory of Special Functional Materials , College of Materials Science and Engineering , Shenzhen University , Shenzhen 518060 , China) Abstract 　Biosensors which utilize immobilized bioactive compounds (such as enzymes , antigen , antibody , DNA , etc. ) for the conversion of the target analytes into electrochemically detectable products is one of the most widely used detection methods and have become an area of wide ranging research activity. The advances in biocompatible nano technology make it possible to develop new biosensors. A variety of biosensors with high sensitivity and excellent reproducibility based on nano technology have been reported in recent years. In this paper , the development of the researches on nano amperometric biosensors , one of the most important branches of biosensors , is reviewed. Nanoscale architectures here involve nano2particles , nano2wires and nano2rods , nano2sheet , nano2array , and carbon nanotube , etc. Remarkable sensitivity and stability have been achieved by coupling immobilized bioactive compounds and these nanomaterials. Key words 　biosensors ; electrochemistry sensors ; nanomaterials ; bioactive compounds ; immobilization Contents 1 　Introduction to biosensors 2 　Nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 1 　Challenges and developments of biosensors 2. 2 　Introduction of nanomaterials 2. 3 　Nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 3. 1 　Nano particles based electrochemical biosensors 2. 3. 2 　Nanowires and nanorods based electrochemical biosensors 2. 3. 3 　Carbon nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 3. 4 　Nano array based electrochemical biosensors 2. 3. 5 　Nanosheets based electrochemical biosensors 3 　Concluding remarks 第 21 卷 第 1 期 2009 年 1 月 化　学　进　展 PROGRESS IN CHEMISTRY Vol. 21 No. 1 　Jan. , 2009 1 　生物传感器概述 生物传感器通常由生物识别元件 ( bioreceptor) 和信号转换器件 (transducer) 两个部分组成 :生物识 别单元具有专一的选择性 ,可以获得极其高的灵敏 度 ;而信号转换器通常是一个独立的化学或物理敏 感元件 ,可采用电化学、光学、热学、压电等多种不同 原理工作。把分子识别功能基底同高灵敏的信号转 换器件相结合 ,就构成多种多样、千变万化的生物传 感器[1 —4 ] 。 生物传感器可按照生物特异性授予机制或信号 转换模式分类。按被选生物化学受体的不同 ,可将 生物传感器分为酶传感器、免疫传感器、组织传感 器、微生物传感器和细胞传感器等。根据生物反应 产生信息的物理或化学性质 ,信号转换器通常采用 电化学、光谱、热、压电及 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面声波等技术与之相匹 配 ,而由此衍生出电化学生物传感器、光生物传感 器、半导体生物传感器、热生物传感器和压电晶体生 物传感器等。 因为电化学转换器件具有较高的灵敏度 ,易微 型化 ,能在浑浊的溶液中操作等许多优势 ,并且所需 的仪器简单、便宜 ,因而被广泛应用于传感器的制备 中[5 ,6 ] 。根据电化学检测的模式不同 ,又可具体分为 安培型、电势型、表面电荷场致效应晶体管 (FETs) 型 和电导型电化学生物传感器。 生物传感器诞生在 20 世纪 60 年代 ,而对其研 究的全面展开是在 20 世纪 80 年代。20 多年来该领 域发展迅速 ,取得了显著的成绩。随着人类基因组 研究的深入进行和微纳米技术的普及与成熟 ,纳米 传感器、基因芯片以及微全分析系统 ( TAS) 等新器 件、新系统的出现 ,把生物传感器的研究推进到一个 崭新的发展阶段[7 ,8 ] 。本文主要综述纳米电化学生 物传感器近年来的研究进展。 2 　纳米电化学生物传感器 纳米电化学生物传感器是将纳米材料作为一种 新型的生物传感介质 ,与特异性分子识别物质如酶、 抗原Π抗体、DNA 等相结合 ,并以电化学信号为检测 信号的分析器件。 211 　生物传感器的挑战与发展 多年来 ,生物传感器引起了人们的极大关注 ,相 当多的公司与研究单位开展了生物传感器的研究与 开发 ,相应的文章与专利也急剧增加。然而 ,目前成 熟的商品化生物传感器还很少 ,且大多数处于小批 试生产阶段 ,仅有少数品种已计划大规模生产。造 成这种状况的主要原因之一在于生物识别元件的稳 定性差 ,不能满足生物传感器长期持续检测的客观 要求。发展新型材料和优秀的固定化 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 则是提高 生物识别元件稳定性的有效途径之一[8 —11 ] 。 20 世纪 90 年代以来 ,纳米技术的介入为生物 传感器的发展提供了新的活力 ,并已取得了突破性 的进展[7 —12 ] 。纳米材料由于比表面积大、表面反应 活性高、表面原子配位不全等导致表面的活性位点 增加、催化效率提高、吸附能力增强 ,为生物传感研 究提供了新研究途径。与传统的传感器相比 ,新型 纳米材料传感器不仅体积更小、速度更快、而且精度 更高、可靠性更好。由于纳米粒子高的比表面积和 其本身的生物兼容性 ,在生物电催化反应中起着重 要作用。例如与纳米粒子组装后的酶 ,其活性中心 可更接近电极表面 ,易于进行电子转移 ,提高了生物 电催化活性 , 使其更有利于在电化学传感器中 应用[13 ,14 ] 。 212 　纳米材料概述 纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米 尺度 (1 —100nm)范围内的材料或由它们作为基本单 元组装而成的结构材料 ,包括金属、氧化物、无机化 合物和有机化合物等。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 (介观体 系) ,处于该尺寸的材料表现出许多既不同于微观粒 子又不同于宏观物体的特性 ,突出表现为 4 大效应。 (1)表面效应。指纳米粒子的表面原子数与总 体原子数之比随粒径的变小而急剧增大 ,从而引起 数与总体原子数性质上的突变。粒径到达 10nm 以 下 ,表面原子数与总体原子数之比迅速增大 ,当粒径 降至 1nm 时 ,表面原子数与总体原子数之比超过 90 %以上 ,原子几乎全部集中到粒子的表面 ,表面悬 空键增多 ,化学活性增强。此时粒子的比表面积、表 面能和表面结合能都发生很大的变化。 (2)体积效应 ,亦称小尺寸效应。当纳米粒子的 尺寸与传导电子的波长及超导态的相干长度等物理 尺寸相当或更小时 ,周期性的边界条件将被破坏 ,熔 点、磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化性能等与普 通粒子相比都有很大变化 ,这种特殊的现象通常称 之为体积效应。该效应为其应用开拓了广阔的新 领域。 (3)量子尺寸效应。颗粒尺寸下降到一定值时 , 可将大块材料中连续的能带分裂成分立的能级 ,能 级间的间距随颗粒尺寸减小而增大 ,这种现象称为 ·112·第 1 期 杨海朋等 　纳米电化学生物传感器 量子尺寸效应。当热能、电场能或磁能比平均的能 级间距还小时 ,就会呈现一系列与宏观物质截然不 同的反常特性。 (4)宏观量子隧道效应。隧道效应是基本的量 子现象之一 ,即当微观粒子的总能量小于势垒高度 时 ,该粒子仍能穿越这势垒。近来年 ,人们发现一些 宏观量 ,例如微颗粒的磁化强度、量子干涉器件中的 磁通量以及电荷等亦具有隧道效应 ,它们可以穿越 宏观系统的势垒而产生变化 ,故称之为宏观的量子 隧道效应。纳米粒子也具有这种贯穿势垒的能力。 213 　纳米电化学生物传感器 从纳米材料在电化学生物传感器中的具体应用 来看 ,纳米电化学生物传感器主要包括如下类型 :纳 米颗粒生物传感器 ,纳米管、纳米棒与纳米线生物传 感器 ,纳米片以及纳米阵列生物传感器等。其中因 为碳纳米管的优异性能 ,使得基于碳纳米管的电化 学生物传感器发展极为迅速[15 —17 ] 。 21311 　纳米颗粒电化学生物传感器 纳米颗粒在电化学生物传感器中的应用非常广 泛。纳米粒子由于具有大的比表面积和很高的表面 自由能 ,在吸附固定生物分子方面可以扮演重要的 角色 ,用于生物分子的固定 ,可以增加固定的分子数 量 ,从而增强反应信号[13 ] 。金溶胶纳米颗粒由于吸 附生物大分子后仍能保留其生物活性 ,因而最初广 泛用于电子显微镜中标记生物分子[18 ] 。自从 Zhao 等[19 ]报告了葡萄糖氧化酶被固定在金溶胶上制备 了高性能的葡萄糖传感器以来 ,研究表明 ,多种酶可 以牢固地吸附在金纳米颗粒表面 ,并且能保留其催 化活性。金纳米颗粒对氧化还原蛋白质在电极上起 到定向作用 ,可以改变氧化还原蛋白质的微环境 ,并 可作为固定化氧化还原蛋白质与电极之间有效的电 子媒介体 ,从而使得酶的氧化还原中心与电极间通 过纳米粒子进行直接电子转移成为可能。金溶胶逐 渐被广泛用于固定化酶制备电化学生物传感 器[20 —22 ] 。目前已有多种纳米颗粒材料用于电化学 生物传感器的制备。所用的纳米颗粒包括 TiO2 、 Au、Ag、Pt、Pd 以及 SiO2 等[23 —28 ] 。Tang 等[23 ] 制备了 憎水和亲水型的纳米二氧化硅及金颗粒 ,研究了不 同颗粒的吸附性能和酶的活性之间的关系。他们发 现不论何种类型的颗粒 ,在同样制备条件下酶的吸 附量总是随着颗粒尺寸的降低而增加。Jena 等[29 ] 把纳米金颗粒分散到二氧化硅溶胶凝胶网络中 ,形 成了金纳米粒子修饰电极。该电极和脱氢酶组合成 的电化学生物传感器 ,在低电位 ( - 5mV) 下对辅酶 (NADH)的检测极限低至 5nM ,显示了极高的灵敏 度。Neufeld 等[30 ]结合基因工程技术制备了全细胞 的生物传感器 ,对基于细胞膜破坏类型的有毒化学 物质 ,有极高的电流响应灵敏度 ,对苯酚的检测极限 可达 116ppm。侯宪全等[31 ] 采用纳米 ZnO 与聚乙烯 醇缩丁醛 (PVB) 构成的复合膜基质来固定葡萄糖氧 化酶 ( GOD) ,制成的葡萄糖生物传感器对葡萄糖响 应的灵敏度大幅度提高。Zhao 等[32 ] 在铂电极表面 自组装憎水蛋白膜固定酶 ,制备了电流型葡萄糖传 感器 ,其酶的利用效率得到很大提高。Jena 等[33 ] 用 L2乳酸脱氢酶、羟胺和金纳米粒子制作了对 L2乳酸 盐敏感的电流型生物传感器 ,该传感器具有灵敏度 高、稳定性好、可多次重复使用的特点。Huang 等[34 ] 将葡萄糖氧化酶吸附在硫化镉 (CdS)纳米粒子上 ,研 究了纳米粒子对葡萄糖氧化酶电子传递的促进作 用。Bai 等[35 ]利用金纳米粒子和介孔二氧化硅复合 材料固定酶 ,制备了高效的电流型葡萄糖传感器。 Chandra 等[36 ]把纳米金颗粒负载到功能化的介孔交 联聚合物之中 ,制备了可灵敏检测过氧化氢的修饰 电极 ,该电极可以进一步发展为一系列的电化学生 物传感器。 纳米颗粒增强的电化学生物传感器的应用大大 丰富了生物传感器的研究内容。然而对于纳米颗粒 在这一体系之内所起的具体作用 (例如究竟利用的 是纳米材料 4 大效应中的哪些效应)还不是很清楚。 本课题组针对这一问题也进行了一定的探讨。通过 对一系列不同粒径的纳米颗粒修饰的葡萄糖生物传 感器和不同厚度的纳米二氧化硅膜修饰的生物传感 器的性能测试研究 ,发现对于非金属的纳米颗粒而 言 ,提高传感器响应电流的途径可能仅仅是通过增 加比表面从而提高酶的有效负载量来实现的[37 ,38 ] 。 而对于含有金属纳米颗粒的电化学生物传感器 ,我 们认为金属纳米颗粒的存在能够起到加速电极上电 子传递过程的作用 ,从而改变电极反应规律[39 ] 。这 与其他课题组的结论相符[14 ] 。 核酸适配体 (aptamers) 是一小段经体外筛选得 到的寡核苷酸序列 ,能与相应的配体进行高亲和力 和强特异性的结合。它的出现为化学生物学界和生 物医学界提供了一种新的高效快速识别的研究平 台 ,并在许多方面展示了良好的应用前景[40 ] 。郑静 等[41 ]利用金纳米颗粒标记的核酸适配体以及被固 定在磁性纳米颗粒上的核酸适配体与凝血酶蛋白同 时结合形成磁性颗粒Π凝血酶Π纳米金胶的三明治结 构 ,利用磁性分离 ,将金胶纳米颗粒特异性地吸着到 ·212· 化 　学 　进 　展 第 21 卷 电极表面 ,通过检测电极上金胶的电化学信号 ,实现 对凝血酶靶蛋白的检测。这种生物传感器对凝血酶 蛋白具有很高的特异性识别能力 ,其检测不受其他 蛋白质如牛血清白蛋白等存在的干扰 ,可应用于实 际血浆中凝血酶的检测。 在量子点电化学生物传感器方面 ,Liu 等[42 ] 利 用碳纳米管和碲化镉量子点的协同效应研制了检测 葡萄糖氧化酶的电化学生物传感器。该传感器可检 测到峰形很好的葡萄糖氧化酶的氧化还原信号 ,与 单独的碲化镉量子点或碳纳米管修饰电极相比 ,该 生物传感器在灵敏度及稳定性方面均有显著改善。 Jie 等[43 ] 研究了水溶性 CdS 纳米晶的电致化学发光 ( ECL) 。通过自组装与金纳米颗粒放大技术研制成 一种新型的纳米量子点非标记型 ECL 生物传感器 , 具有重现性好、响应速度快和稳定性好等优点。该 课题组还利用硒化镉纳米晶与碳纳米管复合制备了 无标记的 ECL 免疫传感器 ,对人抗体的检测极限低 至 01001ng ml - 1 [44 ] 。 虽然量子点与生物大分子共价结合后能实现超 敏感的生物检测 ,但是因为量子点本身是一种有效 的荧光标记物 ,所以量子点在电化学生物传感器中 的应用不如在结合荧光分析类的传感器中应用 广泛。 Varshney 等[45 ]把抗体与磁性纳米粒子的组合体 系与微电极阵列耦合在一起 ,制备了能够快速、特异 检测食品中大肠杆菌的阻抗型传感器 ,对大肠杆菌 的检测极限低至 714 ×104 CFU ml - 1 。为了实现对单 个细菌的检测 ,Lu 等[46 ] 经由 lift2off 过程 ,把厚度为 100nm的金膜制成微电极阵列 ,在该电极上固定抗 体后可以实现对单个埃希氏菌的电流检测 ,并且可 实现对细菌的现场监测。 纳米颗粒修饰的生物传感器是最有发展前景的 传感器之一。纳米颗粒种类多 ,制备和形貌控制方 法较为完善 ,与不同的生物相容材料组合而成的修 饰电极 ,在生物传感器领域必将发挥越来越大的 作用。 21312 　纳米棒、纳米线电化学生物传感器 一维纳米材料中氧化锌纳米棒既具有高的表面 能和良好的生物相容性 ,又有良好的电学和光学特 性 ,其应用备受瞩目[47 ] 。Zhang 等[48 ] 用气相沉积法 制备了氧化锌纳米棒 ,并在其上直接固定尿酸氧化 酶 ,构成了新型无电子媒介体的传感器 ,具有独特的 热力学稳定性。 长期以来 ,实现酶的活性中心和电极之间的直 接电子转移一直是生物传感器领域一项重要的基础 研究工作。Willner 等[49 ] 利用共价结合在金电极上 的吡咯喹啉苯醌 (PQQ)单分子层制备了酶电极 ,PQQ 作为分子导线在酶的活性中心和金电极之间传递电 子。这可认为是纳米线传感器的早期形式之一。 Rakitin 等[50 ]的研究发现锌、镍、钴等离子能够进入 DNA 双螺旋的中心 ,在一定条件下可以稳定DNA 含 有金属离子的状态 ,获得了导电的 DNA 电线。此类 金属化的 DNA 仍然保持选择性结合其他分子的能 力 ,利用该特点 ,可以开发各种遗传畸变探测生物传 感器。Yi 等[51 ] 利用硼掺杂硅纳米线 (SiNWs) ,制作 了一种基于电流测量的小型、快速、灵敏度高的实时 检测生物和化学样品的传感器。Curreli 等[52 ] 利用 In2O3纳米线构造了一种可对靶点 DNA 检测的生物 传感器。Hahm 等[53 ]利用 p 型 Si 纳米线制备了可对 DNA 进行检测的电化学 DNA 传感器 ,该传感器检测 限可达到 10fM。 Sabahudin 等[54 ]通过电化学刻蚀和电化学共沉 淀固定化酶 ,制备了单根纳米铂丝生物传感器 ,在对 葡萄糖含量的检测中背景电流低于 1 ×10 - 12A ,响应 时间仅为 2s ,检测下限达到 20μM。此种传感器可用 于监测单个细胞内的生物物质 (如肾上腺素、复合胺 等) ,可用于单细胞行为研究和生理学研究。 由于纳米线材料的广泛应用前景 ,相关研究工 作还在不断推进之中[55 ] 。 21313 　碳纳米材料生物传感器 碳纳米管 (CNT)所表现出的许多优良的物理性 能使得对 CNT 修饰材料的研究成为目前电化学生 物传感器领域备受关注的前沿课题之一[15 ,56 ] 。但 是 ,CNT 是由成千上万处于芳香不定域系统中的碳 原子组成的大分子 ,几乎不溶于任何溶剂 ,而且在溶 液中容易聚集成束 ,这就限制了对其化学性质方面 的研究 ,也难于将它纳入生物体系 ,大大限制了 CNT 在各方面的应用。许多研究工作就是从改进碳管的 溶解性开始的。把碳纳米管分散于 Nafion、壳聚糖 等高聚物的溶液中修饰玻碳电极制备的生物传感 器 ,可大大提高了传感器的响应灵敏度和抗干扰能 力。Wang 等[57 ]首先把碳纳米管分散到 Nafion 溶液 中 ,制备了抗干扰能力突出的电流型生物传感器。 Hrapovic 等[58 ] 把碳纳米管分散到 Nafion 溶液中 ,与 直径为 2 —3nm 的铂纳米颗粒复合之后修饰玻碳电 极 ,制备了电化学葡萄糖传感器。这种 GCΠCNTΠ PtnanoΠGO x传感器对葡萄糖具有很高的响应速度和灵 敏度 ,在 015μM —5mM 葡萄糖浓度范围内具有线性 ·312·第 1 期 杨海朋等 　纳米电化学生物传感器 响应关系 ,灵敏度高达2111μA·mM - 1 ,检测极限可达 015μM。Zhang 等[59 ]把碳纳米管分散到壳聚糖溶液 中 ,得到了一个具有良好生物相容性的制备生物传 感器的平台。Liu 等[60 ]在壳聚糖2碳纳米管体系中固 定葡萄糖氧化酶 ,观察到了酶和电极之间直接电子 转移的证据 ,得到了具有良好性能的葡萄糖传感器。 张凌燕等[61 ]利用层层组装技术 ,将多壁碳纳米管Π辣 根过氧化物酶Π纳米金固定在玻碳电极表面 ,制得了 灵敏度高、稳定性好的过氧化氢生物传感器。段大 雪等[62 ]借助碳纳米管以及铂纳米颗粒制备了检测 葡萄糖的生物传感器 ,该传感器稳定性好、响应速 度快。 Zeng 等[63 ] 用多氨基枝状化合物修饰多壁碳纳 米管 ,制备了高效的葡萄糖生物传感器。该课题组 还把亚铁氰化钴与碳纳米管和壳聚糖组装起来 ,利 用碳纳米管极佳的电子转移能力 ,大大提高了亚铁 氰化钴的氧化还原活性 ,制备的葡萄糖生物传感器 可以在 - 012V电压下工作 ,避免了溶液中电活性物 质的干扰[64 ] 。Manesh 等[65 ]采用静电纺丝的方法 ,把 包裹了多壁碳纳米管的聚阳离子电解质 ( PDDA) 和 聚甲基丙烯酸甲酯制成纳米纤维膜 ,在膜上固定葡 萄糖氧化酶得到了一种新型的葡萄糖传感器 ,具有 很宽的线性范围和良好的选择性、稳定性及重复使 用性能。本课题组把碳纳米管分散到β2环糊精聚合 物中 ,也得到了稳定的葡萄糖生物传感器。 纳米碳纤维具有和碳纳米管相似的机械强度和 电学性能 ,也被广泛用于电化学生物传感器的制备。 Huang 等[66 ]利用静电纺丝技术和热处理过程把钯纳 米颗粒负载到碳纳米纤维上。该复合体系经由电化 学阻抗谱和循环伏安法证实具有很高的导电能力 , 并大大加快了电子转移速率 ,所制备的过氧化氢传 感器在 - 012V工作电压下检测极限低至012μM。 21314 　纳米阵列生物传感器 Miao 等[67 ]利用化学和电化学方法使吡咯单体 在模板孔隙中生长 ,得到了与模板相应结构的聚吡 咯微管。这种微管具有较大的比表面积 ,能容纳大 量的酶分子 ,并减少反应物和产物的扩散障碍 ,有效 地提高了酶电极的性能。Yang 等[68 ] 利用电沉积的 方法在聚碳酸酯模板上制备了铂纳米阵列 ,铂纳米 电极密度为 5 ×108 cm - 2 ,所制备的葡萄糖传感器线 性范围非常宽。Chang 等[69 ]利用氧化铝模板制备了 导电聚苯胺纳米管阵列 ,并把低聚核苷酸探针共价 结合到管上 ,得到了具有极高灵敏度的电化学 DNA 传感器 ,对低聚核苷酸的检测极限低至 110fM。 与上述阵列间距可控程度较差的纳米阵列传感 器不同 ,Lin 等[70 —72 ] 在镀铬的硅衬底上电沉积纳米 镍粒子 ,用等离子体增强化学气相沉积技术在镍纳 米粒子上生长出了低密度碳纳米管阵列 (电极密度 低至106 cm - 2 ) 。该阵列的突出优点在于碳纳米管之 间的距离可以在很宽的范围内调节 ,间距可以达到 5μm ,远远大于碳管的直径 ,从而得到在实际测试中 仍然保持微电极特性的纳米电极阵列。在此基础上 制备的低密度碳纳米管阵列葡萄糖传感器 ,显示了 很高的选择性和灵敏度。但是这种间距在大范围内 可控的纳米阵列制备过程较为复杂 ,至今尚未见到 其他有关低密度纳米阵列传感器的报道。 21315 　片状、层状纳米材料生物传感器 层状纳米材料被认为是固载生物分子最有潜力 的材料之一[73 ] 。以层状材料为载体固载多种蛋白 质已经被广泛地应用于生物电化学和生物催化等领 域[74 ] 。Shan 等[75 ] 使用层状双氢氧化物黏土 (LDH) 固载蛋白质构建了生物传感器 ,实验结果表明这类 传感器具有很好的电催化性能 ,如高灵敏度和低米 氏常数等。Zhang 等[76 ]使用二氧化钛纳米片和 HRP 分子组装而成的生物传感器对过氧化氢表现出很好 的催化性能 ,其检测限低、检测范围宽。Xiao 等[77 ] 利用二氧化锰纳米片固定 HRP 制备了酶传感器 ,对 过氧化氢的检测极限低至 0121μM。 3 　结束语 纳米技术的介入为生物传感器的发展提供了丰 富的素材 ,纳米电化学生物传感器在十多年发展中 已经显示出了优异的性能 ,具有巨大的生命力。纳 米电化学生物传感器具有选择性好、灵敏度高及适 于联机化的优点 ,并具有电分析化学不破坏测试体 系、不受颜色影响和操作简便的优势。可以预料 ,纳 米电化学生物传感器将在疾病诊断、环境污染物在 线监测、食品安全和卫生保健等诸多方面发挥重要 作用。纳米电化学生物传感器的发展需要不同学科 背景的研究者通过相互交流来达到不断创新 ,最终 发展出技术上能规模化生产、成本优势大、集检测和 分析等多种功能于一体的实用高效生物传感器。 参 考 文 献 [ 1 ] 　董绍俊 (Dong SJ) , 车广礼 (Che GL) , 谢远武 (Xie Y W) . 化 学修饰电极 (修订版) ( Chemical Modified Electrode , Revised Edition) , 北京 : 科学出版社 (Beijing : Science Press) , 2003 , 501 —538 [ 2 ] 　池其金 ( Chi Q J ) , 董绍俊 (Dong S J ) . 分析化学 ( Chinese ·412· 化 　学 　进 　展 第 21 卷 Journal of Analytical Chemistry) , 1994 , 22 : 1065 —1072 [ 3 ] 　何星月 (He X Y) , 刘之景 (Liu Z J ) . 物理 ( Physics) , 2003 , 32 : 249 —252 [ 4 ] 　陈旭 (Chen X) . 中国科学院长春应用化学研究所博士学位论 文 ( Doctoral Dissertation of Changchun Institute of Applied Chemistry , Chinese Academy of Sciences) , 2002 [ 5 ] 　王丽红 (Wang L H) , 张林 (Zhang L) , 陈欢林 (Chen H L) . 化 学进展 (Progress in Chemistry) , 2006 , 18 : 440 —452 [ 6 ] 　张炯 (Zhang J) , 万莹 (Wan Y) , 王丽华 (Wang L H)等. 化学 进展 (Progress in Chemistry) , 2007 , 19 : 1576 —1584 [ 7 ] 　金利通 (Jin L T) , 鲜跃仲 ( Xian Y Z) , 张芬芬 ( Zhang F F) . 华东师范大学学报 (自然科学版) (Journal of East China Normal University(Natural Science) ) , 2005 , 5Π6 : 13 —24 [ 8 ] 　吴子刚 (Wu Z G) , 林鸿波 (Lin H B) , 封伟 (Feng W) . 化学进 展 (Progress in Chemistry) , 2006 , 18 : 1200 —1207 [ 9 ] 　Davis J , Vaughan D H , Cardosi M F. 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