纳米孔生物传感器研究 - 东南大学
东 南 大 学
seminar课程简介
课程名称 纳米孔生物传感器研究（Nanopore biosensor research）
任课教师 刘全俊 工作单位 生医学院 职称 教授
联系电话 Email
任课教师教学科研简介：
任课教师自1999年研究生毕业后在东南大学生物科学与医学工程学院任教，同年进入分子与生物分子电子学教育部重点实验室（现生物电子学国家重点实验室）从事科研与教学工作。2004年、2005年分别赴香港中文大学与匈牙利科学院作短期访问研究，并于2010年赴美国斯坦福大学进行了为期一年的访问学者的研究工作。2008年获全国百篇优秀博士学位论文奖，2009年入选教育部“新世纪优秀人才计划”，江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人，江苏省生物技术协会第六届理事。
作为项目负责人，近年来已经主持完成国家自然科学基金项目2项（60341002，60671019），国家863高技术项目2项（2003AA2Z2070，2012AA02A103），中匈政府科技合作项目1项（CHN26/2006），国际合作项目1项（2009DFA32750），江苏省科技攻关项目2项，南京市科技攻关项1项。目前在研国家自然科学基金项目1项（61071050）,国家重大基础研究计划项目973子课题1项（2011CB707605-01）。发表论文30余篇，参与编写专著2部，参与翻译专著1部，申请专利二十余项.其中国际发明专利1项,已授权专利十余项。 主要研究方向为新一代基因测序、基因芯片、生物与化学传感器、单分子检测研究。近年集中在纳米孔生物传感器、纳米孔单分子检测器件、新型单分子检测系统的专项研究。已经建立完成了纳米孔基因测序系统测试平台，纳米孔加工技术及信号分析基础软件。
课程简介（含对学生基础的要求等,特别注明拟上课所在校区）：
本课程是一门研讨（Seminar）课程，主要是为对纳米孔生物传感器研究有兴趣的学生开设的参与讨论、表达自己观点的课程。它将提供适当的研究素材，组织修课学生就基于纳米孔生物传感器的单分子检测研究的热点问题，进行主动思考、探索或研究。
本课程的教学目标：着重培养学生科学的思维方法和研究方法，有效拓宽学生跨学科的知识面，培养学生根据所研讨的课题进行调研、查阅资料、提出解决问题的思想、方法和技术路线等的能力，同时通过研讨培养学生的表达和交流能力。
本课程面向全校学生，特别欢迎生物、医学学科以及对纳米孔传感器和单分子检测技术有兴趣的学生参加，班级规模为20人左右。拟在四牌楼校区上课。
教学设计方案：
本课程选取纳米孔生物传感器研究领域的前沿科学创新，介绍纳米孔测序技术的起源，阐明该技术发展过程中的优缺点，及其未来发展方向和函待解决的科学难题。
本课程的总学时为 32学时（其中6学时为课堂讲授，10学时为课堂讨论，16学时为课外学时，用于学生准备课题讨论所做的查阅资料等自学活动）。
第一部分 课堂讲授
第一次课堂讲授 纳米孔生物传感器概述（2学时）：说明何为纳米孔生物传感器，其检测原理，及研究思路和应用领域。
第二次课堂讲授 纳米孔生物传感器研究进展（2学时）：系统地介绍从事纳米孔生物传感器研究的国际先进小组及他们的研究进展。
第三次课堂讲授 纳米孔生物传感器研究方向（2学时）：介绍基于纳米孔生物传感器的单分子测序技术的发展方向，以及该研究领域函待解决的关键科学难题。
第二部分 课堂讨论
本课程的课堂讨论分为4个专题，每个小组做1个演讲报告（presentation）；每个专题课内2个学时，课外4个学时。
每次讨论课程分三个阶段：第一阶段是小组成员的代表做presentation。第二阶段是其他学生向小组成员提问。第三阶段由老师引领学生作进一步补充、讲解与归纳。
学生是课堂中的主角。他们是讲演者, 是思考者, 是答疑者。他们的思考与讨论推动着课程进行。老师是课程的协调者而不是主讲者。老师聆听学生之间的讨论,
帮助回答问题, 并且提出更深层次的问题, 引导学生思考的方向和深入。 课堂研讨强调师生之间的互动关系。每一堂讨论课都应该是师生双方智慧的结晶, 都是充满求知欲、充满思索的活泼、生动的文化交流会。
第一次课堂讨论专题 生物纳米孔和固态纳米孔的比较（课内2学时，课外4学时）：
第二次课堂讨论专题 对纳米孔生物传感器的修饰方法（课内2学时，课外4学时）：
第三次课堂讨论专题 纳米孔在单分子检测中的应用（课内2学时，课外4学时）：
第四次课堂讨论专题 基于纳米孔的第三代DNA测序技术 （课内2学时，课外4学时）：：
第五次课堂讨论专题 课程论文述评 （课内2学时）：
第三部分 课外准备
修课学生共20人左右，分成4个组，每组4
6人，自行组合，并协商选定4个专题中的1个专题。每个小组成员在讲此专题之前主要是针对该专题所涉及的内容去查阅资料, 请教自己周围的师生和收集关于此专题的典型的个例与活泼生动的图片、视频；每个小组推举一位同学做presentation ，拓宽大家的视野,丰富大家对专题的认识。充分的准备就意味着在课堂上向每一位同学传达最丰富、最贴近生活、最能引起共鸣的学术信息。做presentation的同学负责制作发言用PPT，并组织开展针对课题的课堂讨论。而小组其他成员, 要求至少回答presentation拟定的一个问题。所以, 每个同学都有明确的任务, 都必须充分准备。此外，小组每个成员必须在自己选定的专题范围内，结合自己收集的资料，就自己感兴趣的问题撰写课程论文。因此，本课程特别强调“问题导向”而非追求“知识体系导向”。
教师在课外每周安排2小时“办公室时间”，接受修课学生的咨询、质疑，弥补课堂上因时间紧迫而无法提出和解答的问题；此外，如有特殊需要，还可以另约时间作充分的讨论。
考核方法：
根据修课学生的课堂演讲、讨论发言与课程论文等综合评定其成绩。
1课堂演讲：占总成绩40%（根据每个小组的演讲、组织讨论、回答其他学生与老师的提问，综合打分，小组课堂演讲的成绩就是小组每个成员的课堂演讲的成绩）
2平时成绩：包括课外准备、课堂提问和出勤情况，占总成绩10%。
3课程论文：针对每人自行选择的课题，形成课程论文，占总成绩50%。
纳米孔分析化学
龙源期刊网
纳米孔分析化学
作者：阴笑弘 朱新宇 顾菁 张欣 朱志伟 邵元华
来源：《分析化学》2013年第05期
摘要：源于自然界，服务于人类社会的纳米尺度装置包括生物及人工制备的与纳米通道等。基于这些纳米尺度装置的简称。本文对的发展，特别是近年来在DNA测序、蛋白质分析的进展进行了综述，对于发展的历史、基本分类、原理和应用作了介绍与展望。
关键词：纳米通道； ； 单分子检测； DNA测序； 综述
1引言
自20世纪70年代以来，随着光学、微机电加工（MEMS）、纳米科技等的飞速进展，已经发展了一些可以使工作者在单分子水平上探索生命体系的新工具。它们主要包括原子力显微镜（AFM）、基于荧光的技术、光磁镊等，这些技术已经可以使人们探讨生命体系的结构与功能。结合传统的分析技术（例如，X射线晶体学、NMR与凝胶电泳等），单分子技术已经在探索神秘的生命体系及其过程中（例如，DNA的复制、ATP的合成、不同物质穿越细胞等）展现了曙光[1]。
生物体内存在各种各样的及纳米通道，它们是连接内部与外部并进行能量、物质交换的途径[2]。科学家们受细胞膜上离子通道的启发制备了多种人工体系，例如蛋白与人工固态等，
不仅促进了新型生物传感器、纳流控装置、分子过滤设备、单分子检测等方面的快速发展，而且极大地加快了第三代DNA测序研究的进步[3]。目前主要是从这些装置的形状上区分和纳米通道：被简单定义为直径在1～100 nm之间，且直径（d）≥其深度（l）的孔；如果孔的深度远远大于其直径，则称这种结构为纳米通道。目前已构建的纳米尺度装置包括生物（通道）（由各类蛋白质分子镶崁在磷脂膜上组成）、固态（通道）（包括各种硅基材料、SiNx、碳纳米管、石墨烯、玻璃纳米管等）及上述两类相结合的杂化（通道）。基于这些纳米尺度装置的，均将其简称为（Nanopore analytical chemistry）或分析学（Nanopore analytics）或学（Nanoporetics）。基于的传感技术可能是最年轻的单分子技术，该技术无需标记、无需放大[4]。2简介
4. 新型纳米孔测序技术
1. Polony芯片2. 元基因组（metagenomics）3. Phred样质量值（Phred-like quality scores）小词典该方法是由瑞士日内瓦雪兰诺制药研究中心的Eric Kawashima、俄罗斯科学院的Alexander Chetverin和当时在美国哈佛大学的密特拉共同开发的。他们制作出了可排列在载玻片或凝胶分子层上的一个个独立的聚合酶群落，成为polony，每一个聚合酶群落里都含有一个DNA模板分子，通过PCR反应就可以获得大量的模板。这些扩增后的聚合酶群落就像菌落一样一个个散布在载玻片或凝胶分子层上，成为polony芯片。每一个polony直径约为1μm，一个芯片上可以承载数十亿个聚合酶群落。元基因组又称环境基因组学，是指同时被研究的整个微生物群落的DNA。Phred样质量值最初是被定义用来衡量自动DNA测序质量的。Phred样质量值被广泛用来衡量DNA测序仪的测序质量好坏，并且被用来比较不同测序方法之间的效率高低。Phred样质量值在多少个碱基中掺入1个错误碱基数测序准确率101090 %2010099 %301,00099.9 %4010,00099.99 %50100,00099.999 %四、新型纳米孔测序技术新型纳米孔测序法（nanopore sequencing）是采用电泳技术，借助电泳驱动单个分子逐一通过纳米孔来实现测序的。由于纳米孔的直径非常细小，仅允许单个核酸聚合物通过，因而可以在此基础上使用多种方法来进行高通量检测。此外，纳米级别的孔径保证了检测具有良好的持续性，所以测序的准确度非常高。对于长达1,000个碱基的单链DNA分子、RNA分子或者更短的核酸分子而言，根本无需进行扩增或标记就可以使用纳米孔测序法进行检测，这使得便宜、快速地进行DNA测序成为可能。如果对现有纳米孔测序法进行进一步发展和改进，那么它将有望成为第三代测序技术（也可称为下、下一代测序技术），从而帮助人们实现24小时内只花费1,000美元完成二倍体哺乳动物基因组测序这一目标。一个盛满电解质溶液的容器被一纳米孔膜隔成两半，如果施以比较小的电压，如约100mV电压，就能使用标准的电生理检测手段测量通过纳米孔的电流大小。很多生物电通道的开关都是靠小肽段分子是否堵塞通道来实现的。基于这个事实，加州大学圣克鲁兹分校（University of California Santa Cruz, UCSC）的Deamer和哈佛大学（Harvard University）的George Church都不约而同地提出一个构想：如果DNA分子或者RNA分子也能堵塞某个通道，那么应该可以运用上述方法来检测电流。接下来，Deamer和Branton等人证明了单链DNA和RNA分子能通过蛋白质组成的孔道，并且能检测到它们通过这种纳米级孔道时所造成的电流改变（图8a）。他们使用的孔道蛋白是金黄色葡萄球菌α溶血素（Staphylococcus aureus toxin，α-hemolysin）。这种蛋白以前曾被Bayley小组用作生物传感器。Bayley小组发现，α溶血素蛋白非常稳 生命奥秘
LSPR传感器的研究
南 开 大 学
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
中文题目：LSPR生物传感器的研究
外文题目：The Research of the LSPR Biosensor
学 号：0410496
姓 名：孙晓雪
年 级：2004级
学 院：信息技术科学学院
系 别：电子科学与技术系
专 业：电子科学与技术
完成日期：2008年5月12日
指导教师：刘国华 教授
南开大学本科毕业论文（设计）诚信声明
本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目《LSPR生物传感器的研究》 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果。
毕业论文（设计）作者签名：
日期： 年 月 日
0
LSPR生物传感器的研究
摘 要
目前，基于局域表面等离子体共振(LSPR)现象的传感研究是一个热点方向，这种方法在器件开发和相关应用上均有很大的潜力。LSPR传感器具有一些优于传统SPR传感器的特性，在物理、化学和生物方面的特性测量分析上应用方便，效果显著，有很高的开发潜力。这篇文章是一个综述性的文章，首先介绍了LSPR技术目前的发展状况，对LSPR技术的原理和特点进行了归纳，并总结了目前已经成型的几种LSPR传感部件和系统的制作方法和技术要素，以及在实验中的应用领域。同时，它对基于LSPR的传感器传感芯片的未来发展趋势和商业化前景也作出了讨论。
关键词 局域表面等离子体共振(LSPR)；纳米粒子；生物传感器
1
The Research of the LSPR Biosensor
Abstract
Recently, the research of the localized surface plasmon resonance (LSPR) is a
纳米孔芯片结构
纳米孔芯片结构
一、简介
纳米孔芯片是一种新兴的纳米科技应用，它利用纳米技术在芯片上刻制出微小的孔洞，具有巨大的应用潜力。本文将对纳米孔芯片的结构进行深入探讨。
二、纳米孔芯片的基本结构
纳米孔芯片主要由以下几个关键部分组成：
1. 基底层
基底层是纳米孔芯片的底层材料，常用的材料包括硅、石英和聚合物等。基底层的选择对芯片的性能和制备工艺都有着重要的影响。
2. 核心层
核心层是纳米孔芯片的关键结构，它由纳米孔组成。纳米孔的直径通常在纳米级别，可通过不同的制备方法精确控制。常见的制备方法包括电子束曝光、阴离子束雕刻和离子束刻蚀等。
3. 上层涂层
上层涂层常用于调节纳米孔芯片的表面性质，以提高其稳定性和反应活性。常用的上层涂层材料包括聚合物、金属和二维材料等。
4. 电极层
电极层是为了控制纳米孔芯片的电性能而添加的一层。电极层可以通过磁控溅射、电镀等方法制备。它在纳米孔芯片工作时起到了重要的作用。 三、纳米孔芯片的应用
1. DNA测序
纳米孔芯片在DNA测序中发挥了重要的作用。通过将DNA分子引导到纳米孔中，可以通过监测离子流动和核酸与孔壁的相互作用来实现DNA的测序。纳米孔测序技术具有高通量、快速和低成本等优点，被广泛应用于基因组学研究领域。
2. 生物传感器
纳米孔芯片可以用作高灵敏度的生物传感器。通过控制纳米孔的大小和表面修饰，可以实现对生物分子的高灵敏度检测。纳米孔传感器在生物医学和环境监测中有着广阔的应用前景。
3. 分子分离和过滤
纳米孔芯片可用于分子的分离和过滤。通过调控纳米孔的大小和表面性质，可以实现对分子的选择性过滤。这在纳米技术的领域中有着广泛的应用价值。
4. 能量转换与存储
纳米孔芯片可以用作能量转换与存储的器件，例如太阳能电池和超级电容器等。通过纳米孔芯片的结构设计和材料选择，可以提高能量转换效率和存储密度。
四、纳米孔芯片的挑战与展望
1. 制备工艺
纳米孔芯片的制备工艺目前还面临一些挑战，如制备成本高、缺乏大规模制备技术等。未来的研究应致力于开发更加简单、高效的制备方法。
纳米颗粒材料的形貌调控与应用研究进展
纳米颗粒材料的形貌调控与应用研究进展
随着科技的不断发展，纳米颗粒材料在各个领域中的应用越来越广泛。而纳米颗粒材料的形貌调控作为一个关键的研究领域，对其性能和应用具有重要意义。本文将介绍纳米颗粒材料的形貌调控方法和其在不同领域中的应用研究进展。
一、纳米颗粒材料的形貌调控方法
1. 模板法调控形貌
模板法是一种常用的调控纳米颗粒材料形貌的方法。该方法利用具有特殊形状的模板来控制纳米颗粒的生长方向和形态。例如，通过使用纳米孔膜模板，可以制备出具有不同孔径和排列方式的纳米颗粒阵列。这种方法可用于制备光学、电子、磁性等性能优异的纳米结构材料。
2. 溶液法调控形貌
溶液法是制备纳米颗粒材料的常用方法之一。通过调控反应溶液的成分、浓度、温度等条件，可以实现对纳米颗粒形貌的控制。例如，通过调节镍盐和硼氢化钠的浓度，可以制备出具有不同形状的镍纳米颗粒，如球形、棒状、片状等。该方法简单易行，适用于大规模生产。
3. 等离子体法调控形貌
等离子体法是一种基于等离子体化学的方法，可以实现对纳米颗粒形貌和尺寸的调控。通过将金属或其化合物的前体物质放置在等离子体条件下，可以在纳米尺度上控制生成的物质形貌和尺寸。例如，利用等离子电解法可以制备出具有不同形状的金纳米颗粒，如球形、六棱柱状、星形等。该方法具有高度可控性和可扩展性。
二、纳米颗粒材料的应用研究进展
1. 生物医学应用 纳米颗粒材料在生物医学领域中有着广泛的应用前景。通过调控纳米颗粒的形貌和组成，可以实现对纳米药物载体、生物传感器、癌症治疗等的优化。例如，通过将药物包裹在具有孔隙结构的纳米颗粒中，可以有效增加药物的负荷量，并提高药物的靶向性。此外，纳米颗粒还可以用于生物成像和诊断，如纳米磁性颗粒在磁共振成像中的应用等。
2. 能源领域应用
纳米颗粒材料在能源领域中也有着广泛的应用研究。通过调控纳米颗粒的形貌和结构，可以实现对光催化、光电转换、电化学等能源转换和存储过程的优化。例如，通过调节氧气浓度和温度，在纳米颗粒表面形成氧化铈壳层，可以提高光催化反应中氧化还原活性物种的生成和传输效率。此外，纳米颗粒还可用于储能材料的设计和合成，提高储能器件的性能。
纳米孔测序
纳米孔测序
11208120 杨文清
一、引言：
双螺旋结构的发现，遗传密码的破解，第一个完整基因组图谱的绘制⋯让科学家越来越多地认识到测序在生物学研究中的重要作用。从1977年Sanger和Coulson关于快速测序技术论文的首次发表，到2010年高通量测序的广泛应用，海量遗传信息被相继揭秘；从人类基因组计划，到人类基因组单倍型图计划，再到人类癌症基因组及个体基因组计划，人类对于自身的研究也日趋深入。千元基因组计划的提出，后基因组时代的到来。势必推动测序技术的突飞猛进，人类对于自然界的认识也必将走向一个新的阶段。
二、测序过程：
新型纳米孔测序法是采用电泳技术，借助电泳驱动单个分子逐一通过纳米孔来实现测序的。由于纳米孔的直径非常细小，仅允许单个核酸聚合物通过，因而可以在此基础上使用多种方法来进行高通量检测。此外，纳米级别的孔径保证了检测具有良好的持续性，所以测序的准确度非常高。对于长达1,000个碱基的单链 DNA分子、RNA分子或者更短的核酸分子而言，根本无需进行扩增或标记就可以使用纳米孔测序法进行检测，这使得便宜、快速地进行DNA测序成为可能。如 果对现有纳米孔测序法进行进一步发展和改进，那么它将有望成为第三代测序技术（也可称为下、下一代测序技术），从而帮助人们实现24小时内只花费
1,000美元完成二倍体哺乳动物基因组测序这一目标。
一个盛满电解质溶液的容器被一纳米孔膜隔成两半，如果施以比较小的电压，如约100mV电压，就能使用标准的电生理检测手段测量通过纳米孔的电流大小。很多生物电通道的开关都是靠小肽段分子是否堵塞通道来实现的。基于这个事实，加州大学圣克鲁兹分校的Deamer和哈佛大学的都不约而同地提出一个构想：如果DNA分子或者RNA分子也能堵塞某个通道，那么应该可以运用上述方法来检测电流。接下来，Deamer和 Branton等人证明了单链DNA和RNA分子能通过蛋白质组成的孔道，并且能检测到它们通过这种纳米级孔道时所造成的电流改变。他们使用的孔道蛋白是金黄色葡萄球菌α溶血素。这种蛋白以前曾被Bayley小组用作生物传感器。Bayley小组发现，α溶血素蛋白非常稳定，即使在接近
LSPR传感器的研究 2
南 开 大 学
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
中文题目：LSPR生物传感器的研究
外文题目：The Research of the LSPR Biosensor
学 号：0410496
姓 名：孙晓雪
年 级：2004级
学 院：信息技术科学学院
系 别：电子科学与技术系
专 业：电子科学与技术
完成日期：2008年5月12日
指导教师：刘国华 教授
南开大学本科毕业论文（设计）诚信声明
本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目《LSPR生物传感器的研究》 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果。
毕业论文（设计）作者签名：
日期： 年 月 日
0
LSPR生物传感器的研究
摘 要
目前，基于局域表面等离子体共振(LSPR)现象的传感研究是一个热点方向，这种方法在器件开发和相关应用上均有很大的潜力。LSPR传感器具有一些优于传统SPR传感器的特性，在物理、化学和生物方面的特性测量分析上应用方便，效果显著，有很高的开发潜力。这篇文章是一个综述性的文章，首先介绍了LSPR技术目前的发展状况，对LSPR技术的原理和特点进行了归纳，并总结了目前已经成型的几种LSPR传感部件和系统的制作方法和技术要素，以及在实验中的应用领域。同时，它对基于LSPR的传感器传感芯片的未来发展趋势和商业化前景也作出了讨论。
关键词 局域表面等离子体共振(LSPR)；纳米粒子；生物传感器
1
The Research of the LSPR Biosensor
Abstract
Recently, the research of the localized surface plasmon resonance (LSPR) is a
新型纳米孔测序技术新型纳米孔测序法（NANOPORESEQUENCING）是...
新型纳米孔测序技术 新型纳米孔测序法（nanopore sequencing）是采用电泳技术，借助电泳驱动
单个分子逐一通过纳米孔来实现测序的。由于纳米孔的直径非常细小，仅允许
单个核酸聚合物通过，因而可 以在此基础上使用多种方法来进行高通量检测。
此外，纳米级别的孔径保证了检测具有良好的持续性，所以测序的准确度非常高。对于长达1,000个碱基的单链 DNA分子、RNA分子或者更短的核酸分子
而言，根本无需进行扩增或标记就可以使用纳米孔测序法进行检测，这使得便
宜、快速地进行DNA测序成为可能。如 果对现有纳米孔测序法进行进一步发
展和改进，那么它将有望成为第三代测序技术（也可称为下、下一代测序技术），
从而帮助人们实现24小时内只花费 1,000美元完成二倍体哺乳动物基因组测序这一目标。 一个盛满电解质溶液的容器被一纳米孔膜隔成两半，如果施以比较小的电压，如
约100mV电压，就能使用标准的电生理检测手段测量通过纳米孔的电流大 小。
很多生物电通道的开关都是靠小肽段分子是否堵塞通道来实现的。基于这个事实，加州大学圣克鲁兹分校（University of California Santa Cruz, UCSC）的Deamer
和哈佛大学（Harvard University）的George Church都不约而同地提出一个构
想：如果DNA分子或者RNA分子也能堵塞某个通道，那么应该可以运用上述
方法来检测电流。接下来，Deamer和 Branton等人证明了单链DNA和RNA
分子能通过蛋白质组成的孔道，并且能检测到它们通过这种纳米级孔道时所造成的电流改变（图8a）。他们使用的 孔道蛋白是金黄色葡萄球菌α溶血素
（Staphylococcus aureus toxin，α-hemolysin）。这种蛋白以前曾被Bayley小
组用作生物传感器。Bayley小组发现，α溶血素蛋白非常稳定，即使在接近 100℃
的情况下也能维持正常的功能。Deamer和Branton等人发现，因为α溶血素蛋
基于纳米结构氧化锌的生物传感研究
・１６４・ 南大学学荔 医ｃ学版，｛ ２０１１，Ｆｅｂ；３０（ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖ ＭｅｄＳｃｉＥｄｉ ｌ）：１６４—１６９ Ｊ （ 、 。…… ・综 述・ 基于纳米结构氧化锌的生物传感研究 徐春祥 ，谷保祥 ，杨池 ，刘松琴 （１．东南大学生物电子学国家重点实验室，江苏南京２１００９６；２．河南工程学院资源环境系， 河南郑州４５１１９１；３．东南大学化学与化工学院，江苏南京２１１１８９） ． ［摘要］Ⅱ。Ⅵ族材料，特别是其纳米结构材料，因为具有独特的功能，在多种领域得到广泛应用；而纳米ＺｎＯ 材料因其良好的生物兼容性和高等电点，在生物传感器领域具有重要的应用优势和研究价值。近年来不断 涌现的研究结果表明，纳米结构ＺｎＯ在力学传感、光学传感、气体传感、生物分子检测或ＤＮＡ传感方面均具 有广阔的应用前景。本文以本研究组近年来的研究工作为基础，对纳米结构ＺｎＯ表面的生物分子组装、传 感器构建及生物传感特性与传感机理等进行综述。 ［关键词］纳米材料；ＺｎＯ；传感器；酶；免疫；ＤＮＡ；凝集素；文献综述 ［中图分类号］ＴＢ３２１ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１６７１—６２６４（２０１１）０１—０１６４—０６ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１６７１—６２６４．２０１ １．０１．０２８ 传感器是一个能获知外部世界信息的器件或系 统，是人类感知器官的功能扩展和延伸。在人类文明 进步的发展中，传感器逐渐被用于宏观世界和微观世 界这些人类感官无法直接企及的领域的信息获得和探 索。随着新材料合成和技术的进步，越来越多的新材 料，尤其是纳米材料被用来构建各种类型和功能的传 感器，如碳纳米管 、聚合物纳米结构 、金属纳米 结构 叫和金属氧化物纳米结构¨卜玛Ｊ。物连网的建 设要求更进一步地推动了传感材料、传感器件及传感 技术的研发。近年来，Ⅱ一Ⅵ族ＺｎＯ纳米材料不仅在 光电器件及其应用方面显示了优越的特性，如利用其 压电性质Ｌ１ 构建的纳米力学传感器 、利用其光 学性质构建紫外传感器＿１卜 等等。同时，因纳米ＺｎＯ 还具有良好的电子传导能力 、无毒 、良好的生物 兼容性＿２ 、环境友好等性质，使其在传感器方面的应 用也有着独特的优势。特别它的等电点高达９．５¨ ， 这使得纳米ＺｎＯ结构表面的生物分子自组装和修饰 更易操作且可靠。ＺｎＯ纳米结构异常丰富的形貌也为 其在传感器领域的应用提供了更灵活的设计思路。人 们已在ＺｎＯ纳米棒 、纳米梳 。 和纳米粒子 等表 面进行不同的分子组装，构建了酶传感器 、免疫 传感器心 ２６１、ＤＮＡ传感器 等等。ＺｎＯ量子点更因 其大的比表面积、优异的光学性质 和接近生物分子 大小的尺寸 凹 而可望具有更好的生物传感性能。本 文将以本研究组近年来的研究工作为基础，对纳米结 构ＺｎＯ表面的生物分子组装、传感器构建及生物传感 特性与传感机理等进行综述。 １ 酶传感器 基于纳米结构ＺｎＯ高等电点的优点，众多的学者 研究了方便直接的蛋白质或其它生物分子组装技 术 ，利用多种形貌的ＺｎＯ纳米结构构建了不同生物 分子的传感器件，如分别用ＺｎＯ纳米颗粒、ＺｎＯ多孔 膜、ＺｎＯ纳米梳和ＺｎＯ纳米棒等来构建检测细胞色素 ｃ［。 、蛋白质 、尿酸 。 、葡萄糖 。， 和酚类物 质ｌｌ ］等的生物传感器。早在１９８０年Ｅｓｓｅｒ等 就研 究了单晶ＺｎＯ表面对有机分子的物理化学吸附规律。 １９９３年Ｎａｎｔｏ等 钊制作了铝掺杂ＺｎＯ薄膜的气体传 感器，用于测定食物的新鲜度。２００１年Ｔｏｐｏｇｌｉｄｉｓ 等 。。研究了在ＺｎＯ及ＴｉＯ 膜上修饰绿色荧光蛋白和 细胞色素Ｃ的电化学性质，并分别测试了修饰后的两 种氧化物电极的电化学特性，只检测到了一个还原峰。 研究结果表明，低等电点（ＩＥＰ＝６）的ＴｉＯ：膜修饰高等 电点的细胞色素ｃ（ＩＥＰ＝１０．５）优于高等电点的ＺｎＯ ［收稿日期］２０１０—１０—２７ ［修回日期］２０１０—１１。０４ ［基金项目］国家自然科学基金资助项目（６０９７６００２）；国家杰出青年科学基金资助项目（６０７２５４１３） ［作者简介］徐春祥（１９６５一），男，江苏南京人，教授。Ｅ ｍａｉｌ：ｘｃｘ＠Ｓｅｌ
用于DNA分子检测的纳米电极
第13
卷第1
期
2015
年1
月纳米技术与精密工程
NanotechnologyandPrecisionEngineeringVol．13No．1
Jan．2015
DOI10.13494/j．npe．20140090
于静静，
王磊，
刘全俊．
用于DNA
分子检测的纳米电极［J］．
纳米技术与精密工程，2015，13（1）：34-40．
YuJingjing，WangLei，LiuQuanjun．NanoporesintegratedwithnanoelectrodesforDNAmoleculedetection［J］．NanotechnologyandPreci-
sionEngineering，2015，13（1）：34-40（inChinese）．
用于DNA
分子检测的纳米电极
于静静，
王磊，
刘全俊
（
东南大学生物电子学国家重点实验室，
南京210096）
摘要：
基于纳米孔技术的新兴单分子传感技术已开发用于DNA
测序，
使得测序技术读取数据更快、
测序成本降
低、
测序样品简化、
无需标记．
纳米孔孔内集成横向纳米电极可实现二维双通道同时检测易位信号的变化，
从而提
高纳米孔测序的精确度．
目前纳米电极的制备方法主要包括：
机械可控劈裂结法、
电子束光刻法、
电子束诱导沉积
法、
聚焦离子束刻蚀法、
透射电镜刻蚀法等．
分析纳米电极不同制备方法、
应用范围、
表征及其优缺点，可为后续纳
米孔技术应用到DNA
测序平台提供高效、
稳定的选择．
关键词：
纳米电极；
纳米孔；
单分子；DNA
测序
中图分类号：Q819
文献标志码：A
文章编号：1672-6030（2015）01-0034-07
收稿日期：2014-12-02．
基金项目：
国家重点基础研究发展计划（973
计划）
资助项目（2011CB707600）；
国家自然科学基金资助项目（62372031，61071050）；
中央高校基
本科研业务费专项资金资助项目．
作者简介：
于静静（1981—），
女，
博士．
通讯作者：
刘全俊，
副教授，lqj@seu．edu．cn．NanoporesIntegratedwithNanoelectrodesfor