纳米传感器--物理、化学和生物传感器((印)V.K.康纳主编;张文栋等译)思维导图
纳米生物传感器
今Ｂ启明星纳米生物传惑器樊春海（中国科学院上海应用物理研究所）生物传感器（ｂ１０Ｓｅｎｓ０ｒ）是利用生物特异性识别过程来实现检测的传感器件。
生物敏感元件包括生物体、组织、细胞、细胞器、细胞膜、酶、抗体、核酸等，而生物传感器是利用这些从微观到宏观多个层次相关物质的特异性识别能力的器件总称。
纳米生物传感器（ｎａｎｏｂ｛０ｓｅｎ—ｓｏｒ）是纳米科技与生物传感器的融合。
其研究涉及到生物技术、信息技术、纳米科学、界面科学等多个重要领域，并综合应用光声电色等各种先进检测技术，因而成为国际上的研究前沿和热点。
一方面。
其设计与开发涉及到很多基本科学问题。
为基础研究提供了许多源头创新思路。
另一方面．纳米生物传感器可能对临床检测、遗传分析、环境检测、生物反恐和国家安全防御等多个领域产生革命性的影响。
正因为这样，世界各国及很多国际性公司纷纷拨巨资支持纳米生物传感器的研究，并吸引着众多领域的研究人员。
纳米生物传感器的信号传导方式主要包括光学、电学、力学、声学等。
传统上光学检测是生物传感器的主流，然而近年来随着界面科学（如分子自组装技术）与纳米科学（如扫描探针显微镜）的发展，电化学纳米生物传感器获得了前所未有的发展机遇并引起了极大的关注。
著名的ＮａｔｕｒｅＢｉｏｔｅｃｈｎｏｉｏｇｙ杂志曾在２０００年评论说“电化学ＤＮＡ分析时代到来了”。
电化学检测技术不仅灵敏、快速，而且相对于常用的荧光检测技术来说其装置轻便、廉价、低能耗且易于微型化和集成化，符合手持式检测装置以及芯片实验室（１ａｂ－ｏｎ—ａ－ｃｈｉｐ）的要求，因此被认为是在时效、成本等有较高限定要求的场合实现生物检测的首选技术之一。
发展迅猛应用广泛科学家们已经在实验室中研制出无数种新型的纳米生物传感器，在此我们仅举几个典型的基因传感器的例子。
一种是美国航空航天局（ＮＡＳＡ）完成的电化学基因芯片。
他们将ＤＮＡ探针固定在碳纳米管阵列上，在探针捕获靶基因之后可以利用电化学方法探测鸟嘌呤碱基的电化学活性，实现对多种基冈的快速检测。
纳米生物传感器
“纳米生物传感器”资料合集目录一、高效农药残留物检测酶纳米生物传感器的研制二、农产品中真菌毒素检测用新型光学纳米生物传感器的研究三、高特异性碳纳米生物传感器快速检测沙门氏菌的研究四、国外纳米生物传感器研究新进展五、基于电致化学发光技术的纳米生物传感器的设计与研究六、基于半导体量子点和石墨烯量子点的功能性荧光纳米生物传感器的构建及在生物医学分析中的应用高效农药残留物检测酶纳米生物传感器的研制随着农业的快速发展，农药的使用量不断增加，但同时也带来了农药残留的问题。
农药残留不仅对环境和生态系统造成危害，还对人体健康产生严重影响。
因此，开发一种高效、准确的农药残留物检测方法至关重要。
酶纳米生物传感器作为一种新型的检测技术，具有高灵敏度、高特异性和快速响应等优点，成为农药残留物检测领域的研究热点。
酶纳米生物传感器由酶、纳米材料和生物识别元件组成。
酶可以催化特定底物，产生电信号或光信号，纳米材料则可以增强信号的强度和稳定性。
生物识别元件则可以特异性地识别目标物质，从而提高检测的特异性和灵敏度。
在农药残留物检测中，酶纳米生物传感器主要应用于有机磷、有机氯、氨基甲酸酯和除草剂等农药的检测。
这些农药在农业生产中广泛使用，但残留量极低，因此需要高灵敏度的检测方法。
酶纳米生物传感器通过酶的特异性催化反应和纳米材料的信号增强作用，能够实现低至纳摩尔级别的农药残留量检测。
目前，酶纳米生物传感器已经取得了一些重要的研究成果。
例如，通过将酶和纳米材料结合，实现了对多种农药残留的同时检测；通过优化酶和纳米材料的制备方法，提高了传感器的稳定性和寿命；通过与其他技术的结合，实现了对农药残留的痕量检测和现场快速检测。
然而，酶纳米生物传感器在实际应用中仍存在一些挑战。
例如，不同农药对酶的抑制作用不同，需要开发针对不同农药的特异性酶；传感器的稳定性、重现性和使用寿命等方面还需要进一步提高；传感器在复杂基质中的检测性能还需要验证。
未来，酶纳米生物传感器的发展方向主要包括以下几个方面：一是提高传感器的灵敏度和特异性，实现更低浓度农药残留的检测；二是优化传感器的结构和制备方法，提高其稳定性和使用寿命；三是开发多通道和便携式传感器，实现现场快速检测；四是拓展传感器的应用范围，将其应用于其他有害物质的检测。
纳米电化学生物传感器_杨海朋
纳米电化学生物传感器_杨海朋第21卷第1期2019年1月化学进展PROGRESS I N C HE MISTRYVol. 21No. 1 Jan. , 2019纳米电化学生物传感器杨海朋***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P 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:1005-281X(2019) 01-0210-07Nanomaterials Based Electrochemical BiosensorsYang Haipeng**Chen Shiguo Li Chunhui Chen Dongcheng Ge Zaochuan Shenzhen University, Shenzhen 518060, China)(Shenzhen Key Laboratory of Special Functional Materials, College of Materials Science and Engineering,Abstract Biosensors which utilize immobilized bioac tive compounds (suchas enzymes, antigen, antibody, DNA, etc. ) for the c onversion of the target analytes into electroc he mically detectable products is one of the mostwidely used detection methods and have become an area of wide ranging research activity. The advances in biocompatible nano technology make it possible to develop ne w biosensors. A variety of biosensors with high sensitivity and excellent reproducibility based on nano technology have been reported inrecent years. In this paper, the development of the researches on nano amperometric biosensors, one of the most important branches of biosensors, is revie wed. Nanoscale architectures here involve nano -particles, nano -wires and nano -rods, nano -sheet, nano -array, and carbon nanotube, etc. Remarkable sensitivity and stability have been achieved by coupling immobilized bioactive compounds and these nanomaterials.Key words biosensors; electroche mistry sensors; nanomaterials; bioactive compounds; immobilization2. 3. 2 Nanowires and nanorods based electrochemical biosensors2. 3. 3 Carbon nanomaterials basedbiosensors2. 3. 4 Nano array based electrochemical biosensors 2. 3. 5 Nanosheets based electrochemical biosensors 3 Concluding remarkselectrochemicalContents1 Introduction to biosensors2 Nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 1 Challenges and developments of biosensors 2. 2 Introduction of nanomaterials2. 3 Nanomaterials based electrochemical biosensors 2.3. 1 Nano particles based electrochemical biosensors收稿:2019年3月, 收修改稿:2019年8月 *深圳大学科研启动基金项目(No. 201918) 资助**通讯联系人 e -mail:yanghp@szu. edu. cn第1期杨海朋等纳米电化学生物传感器#211#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。
纳米生物传感器
近日，美国麻省理工斯塔力诺实验室研发出一种 传感器，可通过皮下植入人体，并可在一年内检测人 体内的一氧化氮含量。该时长创下了纳米传感器人体 植入时长的新纪录。 据悉，该传感器由碳纳米管所组成，还可以开发 用于检测诸如葡萄糖等其他分子的感应器。斯塔力诺
教授正在为糖尿病人开发新型感应器，如若成功，患
者就无需再进行血液样本的检测。 一氧化氮是人体细胞中最重要的信使分子之一，
碳纳米管
碳纳米管有着优异的表面化学性能和良好的电学性能，是制作生物传感 器的理想材料。 美国宇航局艾姆斯研究中心利用碳纳米管技术开发出一种新型生物传感 器，可以探测水和食物中极其微量的特殊细菌、病毒、寄生虫等病原体。这
种新型生物传感器利用超灵敏的碳纳米管制成，可以探测到含量极低的病原
体。 碳纳米管共价修饰抗体或其他受体后，不产生细胞毒性，也不会影响 抗体或受体的免疫活性，近年来该方法在免疫传感器方面的应用逐渐增加。 利用单壁碳纳米管制备了高度灵敏的生物传感器，用于检测多种癌细胞 标记物。碳纳米管还可用于检测植物毒素
烯电导信号，充分证明了测量生物信号的电学本质。另外，研究人员进
一步比较了不同尺寸石墨烯生物传感器、石墨烯与硅纳米线集成传感体
系对同一心肌细胞的检测，为发展高集成纳米生物传感阵列提供了理论
指导和实验基础。
著增加基因分析的灵敏度以及序列特异性。
纳米颗粒也可以用来定位肿 瘤，荧光素标记的识别因子，与 肿瘤受体结合，可以在体外用仪
器显影确定肿瘤的大小和位置。
另一个重要的方法是用纳米磁性 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ粒标记识别因子，与肿瘤表面
的靶标识别器结合后，在体外测
定磁性颗粒在体内的分布和位置， 从而给肿瘤定位．
随着温度由26升高到36度， 可以清楚的观测到细胞内水凝胶 发光增强的现象。 荧光纳米水凝胶由对温度敏 感的聚合物和对水敏感的荧光团 构成，升高温度时聚合物发生收 缩，荧光团与水隔离，荧光强度 增强。反之，荧光强度降低。 细胞内定量温度测量可对单 个细胞内荧光点强度的求和得到。
纳米材料在电化学生物传感器中的应用
纳米材料在电化学生物传感器中的应用(总12页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除纳米粒子在生物电化学传感器中的应用赖自成先进材料与纳米科技学院第一章电化学生物传感器概述电化学生物传感器的原理与分类目前为止，生物传感器中研究成果较多的是电化学生物传感器。
电化学生物传感器是以生物活性物质为敏感基元，以电化学电极为信号转换器，以电势、电流或电容为特征检测信号的生物传感器。
当待测物质(底物、辅酶、抗原抗体等)扩散进入固定化生物敏感层，经分子识别，发生生物化学反应，继而被相应的化学或物理换能器转换成可定量和处理的电信号，再经过二次仪表放大并输出，便可得到待测物浓度。
电化学生物传感器根据分子识别元件的不同，可分为酶电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学DNA传感器等;按照换能器的不同可以分为电位型、电流型、电导型和电容型等电化学生物传感器。
生物组分的固定化要让生物组分作为传感器敏感膜使用，必须将具有分子识别能力的生物功能物质，如酶、抗原、抗体、细胞等，包藏或吸附于某种材料，形成一层敏感膜，这被称为生物组分的固定化。
因为生物组分的固定化即使决定着生物传感器的稳定性、选择性和灵敏度等主要性能，所有选择合适的方法对生物组分进行固定生物传感器的研究和开发中具有至关重要的作用，应满足一下几个条件首先固定后的生物识别分一子仍能够保持很好的活性其次固定化层应有良好的稳定性与耐受性，且能适应多种测试环境最后是生物膜与转换器必须紧密接触，这样有利于信号传输和转换。
经过近几十年的不断研究，已经建立了多种生物分子固定化方法，目前，被广泛使用的固定化技术主要有吸附法、交联法、包埋法、共价键合法、组合法和电化学聚合法等。
吸附法是通过物理吸附对生物分子进行固定，是一种较为简单、经济的方法。
而且可供选择的载体类型相对较多，操作条件温和，对生物分子活性影响较小，但生物分子与固体表面结合力较弱，容易导致固定化生物分子的泄漏或脱落，并且生物分子暴露在外，容易受到温度、、离子强度等环境因素的影响。
传感器xl1
纳米传感器的发展趋势当前和未来一段时间，纳米技术的学科前沿及优先领域主要集中在纳米传感器、纳米电力、纳米电子、纳米材料、纳米生物、纳米制造和纳机电系统技术等领域。
以纳米传感器为例，在实现传感器技术的新性能上，纳米技术有着独一无二的作用。
纳米科学技术是研究在千万分之一米到亿分之一米内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称为纳米技术，采用纳米技术实现的传感器称为纳米传感器。
基于纳米传感器技术，人们可以在单分子水平上建造传感装置，基于纳米技术的传感和探测新方法将使得探测灵敏性（最小探测极限）和选择性（探测特定化学制品或过程的能力）达到空前的水平，并且探测此前无法探测的过程和事件的能力也将得到提高。
纳米传感器技术的主要研究内容包括功能金属纳米粒子、功能纳米线和纳米管、具有纳米特性或经过表面处理的宏观材料以及纳米结构的机械系统等。
目前美、欧、日在该领域处于国际领先地位。
预计未来20年纳米传感器技术可望完成技术攻关并进入广泛应用阶段，传感器平台的灵敏性和选择性将得到进一步改善。
气体传感器中的纳米半导体敏感材料中科院智能所已经提出并设计了多孔的单晶结构ZnO纳米材料，既保证了其单晶稳定结构，又获得了高的比表面积。
研究表明：多孔结构大大提高了材料的比表面积（大约是非多孔材料的两倍），获得的敏感材料对室内空气污染物——甲醛和氨灵敏度高，响应和恢复时间短；同时，纳米材料的单晶结构保证了其敏感性能的长期稳定。
其研究成果为纳米半导体敏感材料研究领域开辟了一条有效解决如何兼备敏感性和稳定性的途径，突破了现有瓶颈，为其走向实际应用奠定了基础。
此外，课题组科研人员还采用水热法合成了具有多孔结构的CdO 纳米线和In2O3纳米空心球气敏材料，这些具有高比表面积的多孔纳米材料不仅增强了对气体分子的吸附能力，而且为气敏反应提供了更多的活性位点，基于此构筑的气体传感器体现出高的灵敏度和短的响应、恢复时间。
生物医学传感生物传感器
载体种类较多，如活性炭、高岭土、硅胶、玻璃、纤维素、离子交换体等。
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3）包埋法
把生物活性材料包埋并固定在高分子聚合物三维空间网状结构基质中。 特点是：一般不产生化学修饰，对生物分子活性影响较小；缺点是分子量大的底物在凝胶网格内扩散较固难。
介体生物传感器
换能器
半导体生物传感器
生物电极ห้องสมุดไป่ตู้
光生物传感器
热生物传感器
压电晶体生物传感器
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3、 生物传感器特点
1） 根据生物反应的特异性和多样性，理论上可以制成测定所有生物物质的传感器，因而测定范围广泛。 2）一般不需进行样品的预处理，它利用本身具备的优异选择性把样品中被测组分的分离和检测统一为一体，测定时一般不需另加其他试剂，使测定过程简便迅速，容易实现自动分析。 3）体积小、响应快、样品用量少，可以实现连续在线检测。
主要有：电化学电极、光学检测元件、场效应晶体管、压电石英晶体、表面等离子共振等。
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将化学变化转变成电信号（间接型） 将热变化转换为电信号（间接型） 将光效应转变为电信号（间接型） 直按产生电信号方式（直接型）
转换器转化为电信号的方式：
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酶传感器为例，酶催化特定底物发生反应,从而使特定生成物的量有所增减，用能把这类物质的量的改变转换为电信号的装置和固定化酶耦合，即组成酶传感器。 常用转换装置有：氧电极、过氧化氢电极。
（a）将化学变化转变成电信号（间接型）
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（b）将热变化转换成电信号
固定化的生物材料与相应的被测物作用时常伴有热的变化。例如大多数酶反应的热焓变化量在25-100kJ/mol的范围.这类生物传感器的工作原理是把反应的热效应借热敏电阻转换为阻值的变化，后者通过有放大器的电桥输入到记录仪中。
纳米传感器
测控081201班王飞学号：200812020122纳米传感器引言传感器是指能够感应某种物理、化学或者生物参数并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。
传感器一般由接受器、换能器和电子线路三部分组成，其质量主要取决于接受器的选择性、换能器的灵敏度以及响应时间、可逆性和电子线路的可靠性。
目前传感器已广泛应用于航空航天、军事工程、工业自动化、汽车工业、机器人技术、海洋探测、环境监测、安全保障、医疗诊断等众多领域，已经渗透到人类生活的各个方面。
可以说：“征服了传感器，就几乎等于征服了科学技术”。
世界上发达国家对开发传感器技术极为重视，全球传感器市场正以持续稳定的增长之势向前发展。
咨询公司INTECHNOCONSULTING 的市场报告显示，2008 年全球传感器市场容量为506 亿美元，预计2010 年全球传感器市场可达600 亿美元以上传统的传感器因其本身材料的限制，在微型化、自动化、选择性、稳定性、响应时间、灵敏性、使用寿命等方面得到进一步改良的余地越来越小，已不能适应科技进步的要求。
而20 世纪80 年代初发展起来的纳米材料，表现出来的特殊的性质，如高的比表面、独特的光学性质（反射、吸收或发光）、良好的扩散性能、热导和热容性质以及奇异的力学和磁学上的性质等，为传感器的发展带来了新的契机。
与传统的传感器相比，利用纳米技术制作的传感器不仅尺寸减小，灵敏度、检测限和响应范围等性能也得到了很大的改善。
根据Business Communications Company Inc.（BCC）的统计结果，2004 年全球纳米传感器市场价值共计 1.9 亿美元。
2012 年，预计将达到172 亿美元。
有专家指出，到2020 年，人类社会进入“后硅器时代”，纳米传感器将成为主流[4]。
因此，加快纳米传感器的发展，对于世界各国都具有重要的意义。
一纳米级传感器简介纳米传感器（Nano Senser）是一种新兴的前沿的传感器技术，它在航天、机械、仪器仪表、汽车制造、油气勘探、电子工程及医疗器械行业都有广泛用途，被欧盟评为对未来影响最大的六项前沿技术之一。