生物醫(yī)學(xué)傳感生物傳感器

第十三章生物傳感器2023/6/271本文檔共130頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分上次課回顧1、檢測原理、特性（二）電化學(xué)氣體傳感器（三）半導(dǎo)體氣體傳感器1、電阻型2、MOSFET（非電阻型）2、氣敏電極（一）離子敏場效應(yīng)晶體管(ISFET)1、結(jié)構(gòu)2、工作原理3、特性（1）O2電極(Po2電極）（2）CO2電極(Pco2電極）2023/6/272本文檔共130頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分生物傳感器（biosensors)生物傳感器的概述生物傳感器的基本組成和工作原理生物傳感器的分類及特點(diǎn)生物敏感材料的固定化技術(shù)幾種主要的生物傳感器2023/6/273本文檔共130頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分一、生物傳感器的概述利用生物活性物質(zhì)的選擇性識(shí)別和測定各種生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器。對(duì)特定種類化學(xué)物質(zhì)或生物活性物質(zhì)具有選擇性和可逆響應(yīng)。主要由兩大部分組成：一是功能識(shí)別物質(zhì)（分子識(shí)別元件），由其對(duì)被測物質(zhì)進(jìn)行特定識(shí)別；二是電、光信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置（換能器），由其把被測物所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)碾娦盘?hào)或光信號(hào)。

1、生物傳感器的定義2023/6/274本文檔共130頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分2.生物傳感器的發(fā)展史最先問世的生物傳感器是酶電極，1962年Clark將酶與ISE結(jié)合，最先提出組成酶電極的設(shè)想。上世紀(jì)70年代中期，人們注意到酶電極的壽命一般都比較短，提純的酶價(jià)格也較貴，而各種酶多數(shù)都來自微生物或動(dòng)植物組織，因此自然地就啟發(fā)人們研究酶電極的衍生型：微生物電極、細(xì)胞器電極、動(dòng)植物組織電極以及免疫電極等新型生物傳感器，使生物傳感器的類別大大增多。進(jìn)入上世紀(jì)80年代之后，隨著離子敏場效應(yīng)晶體管的不斷完善，如1980年Caras和Janafa率先研制成功可測定青霉素的酶FET。本世紀(jì)：納米技術(shù)和生物傳感技術(shù)的結(jié)合2023/6/275本文檔共130頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分年代

特點(diǎn)

研究內(nèi)容上世紀(jì)60

生物傳感器初期

酶電極上世紀(jì)70發(fā)展時(shí)期微生物傳感器，免疫傳感器，細(xì)胞類脂質(zhì)傳感器，組織傳感器，生物親和傳感器上世紀(jì)80進(jìn)入生物電子學(xué)傳感器時(shí)期酶FET酶光二極管本世紀(jì)：進(jìn)入納米生物傳感器時(shí)期2023/6/276本文檔共130頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分從整體劃分:第一代生物傳感器以將生物成分截留在膜上或結(jié)合在膜上為基礎(chǔ)，這類器件由透析器(膜)、反應(yīng)器(膜)和電化學(xué)轉(zhuǎn)換器所組成，其實(shí)驗(yàn)設(shè)備相當(dāng)簡單。第二代生物傳感器是指將生物成分直接吸附或共價(jià)結(jié)合在轉(zhuǎn)換器的表面上，從而可略去非活性的基質(zhì)膜。第三代生物傳感器是把生物成分直接固定在電子元件上，例如FET的柵極上，它可直接感知和放大界面物質(zhì)的變化，從而將生物識(shí)別和電信號(hào)處理集合在一起。這種放大器可采用差分方式以消除干擾。2023/6/277本文檔共130頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分目前國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用的生物傳感器主要包括：1、測定水質(zhì)的BOD分析儀、在市場上有以日本和德國為代表產(chǎn)品供應(yīng)。2、采用絲網(wǎng)印刷和微電子技術(shù)的手掌型血糖分析器，已形成規(guī)模化生產(chǎn)，年銷售量約為十億美元；3、固定化酶傳感分析儀：國外以美國的YSI公司和德國BST公司為代表，都有系列分析儀產(chǎn)品，它們主要用于環(huán)境監(jiān)測和食品分析，國內(nèi)到目前為主只有山東省科學(xué)院生物研究所的系列化產(chǎn)品在市場得到應(yīng)用。4、SPR生物傳感器，在日、美、德、瑞典等國得到了開發(fā)和初步應(yīng)用。

極大多數(shù)同類其它研究還都處在探索性階段2023/6/278本文檔共130頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分德國研發(fā)的環(huán)境廢水BOD分析儀2023/6/279本文檔共130頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分手掌型葡萄糖(glucose)分析儀2023/6/2710本文檔共130頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分SBA-50型單電極生物傳感分析儀-乳酸分析儀2023/6/2711本文檔共130頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分發(fā)酵罐主機(jī)計(jì)算機(jī)SBA-60型生物傳感在線分析系統(tǒng)，為發(fā)酵自動(dòng)控制提供了新的基礎(chǔ)平臺(tái)2023/6/2712本文檔共130頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分SBA-70型血糖乳酸自動(dòng)分析儀2023/6/2713本文檔共130頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分在我國發(fā)酵工廠普及應(yīng)用的SBA-40型

谷氨酸-葡萄糖雙功能分析儀工廠發(fā)酵車間化驗(yàn)員正在分析樣品2023/6/2714本文檔共130頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分二、生物傳感器的基本組成和工作原理轉(zhuǎn)換器生物敏感膜待測物1、基本組成生物傳感器基本構(gòu)成示意圖生物敏感膜（分子識(shí)別元件）---決定傳感器的功能和質(zhì)量物理或化學(xué)轉(zhuǎn)換器（換能器）2023/6/2715本文檔共130頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（1）生物敏感膜（分子識(shí)別元件）由生物活性材料作為敏感基元構(gòu)成。酶、抗體、抗原、細(xì)胞、生物組織、DNA等酶(Enzyme)抗體(Antibody)DNA具有高度的選擇性和敏感性2023/6/2716本文檔共130頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分幾種主要的生物活性材料及反應(yīng)A、酶及酶促反應(yīng)B、抗原與抗體及免疫反應(yīng)C、微生物及微生物反應(yīng)D、受體及受體配體結(jié)合反應(yīng)2023/6/2717本文檔共130頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分生物敏感膜生物活性材料酶膜全細(xì)胞膜組織膜細(xì)胞器膜免疫功能膜各類酶類細(xì)菌，真菌，動(dòng)植物細(xì)胞動(dòng)植物組織切片線粒體，葉綠體抗體，抗原，酶標(biāo)抗原等生物敏感膜按所選材料不同分類：2023/6/2718本文檔共130頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分生物敏感膜按其分子識(shí)別原理可分為三種不同類型：A、基于生物催化反應(yīng)的生物敏感膜B、基于生物吸附的生物敏感膜C、基于天然生物膜和人工生物膜的生物敏感膜2023/6/2719本文檔共130頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（2）信號(hào)轉(zhuǎn)換器：將各種生物的、化學(xué)的和物理的信號(hào)轉(zhuǎn)換為可輸出的有用信號(hào)（電信號(hào)）。作用：當(dāng)待測物與分子識(shí)別元件特異性結(jié)合后，所產(chǎn)生的復(fù)合物通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)榭奢敵龅碾娦盘?hào)、光信號(hào)等。

主要有：電化學(xué)電極、光學(xué)檢測元件、場效應(yīng)晶體管、壓電石英晶體、表面等離子共振等。2023/6/2720本文檔共130頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分將化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)（間接型）將熱變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（間接型）將光效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（間接型）直按產(chǎn)生電信號(hào)方式（直接型）

轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的方式：2023/6/2721本文檔共130頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分酶傳感器為例，酶催化特定底物發(fā)生反應(yīng),從而使特定生成物的量有所增減，用能把這類物質(zhì)的量的改變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置和固定化酶耦合，即組成酶傳感器。常用轉(zhuǎn)換裝置有：氧電極、過氧化氫電極。（a）將化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)（間接型）2023/6/2722本文檔共130頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（b）將熱變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)固定化的生物材料與相應(yīng)的被測物作用時(shí)常伴有熱的變化。例如大多數(shù)酶反應(yīng)的熱焓變化量在25-100kJ/mol的范圍.這類生物傳感器的工作原理是把反應(yīng)的熱效應(yīng)借熱敏電阻轉(zhuǎn)換為阻值的變化，后者通過有放大器的電橋輸入到記錄儀中。熱輻射熱傳導(dǎo)2023/6/2723本文檔共130頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（c）將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)例如，過氧化氫酶能催化過氧化氫/魯米諾體系發(fā)光，如設(shè)法將過氧化氫酶膜附著在光纖或光敏二極管的前端，再和光電流測定裝置相連，即可測定過氧化氫含量。還有很多細(xì)菌能與特定底物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生熒光，也可以用這種方法測定底物濃度。上述三原理的生物傳感器共同點(diǎn)：都是將分子識(shí)別元件中的生物敏感物質(zhì)與待測物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將反應(yīng)后所產(chǎn)生的化學(xué)或物理變化再通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)進(jìn)行測量，這種方式統(tǒng)稱為間接測量方式。2023/6/2724本文檔共130頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（d）直接產(chǎn)生電信號(hào)方式這種方式可以使酶反應(yīng)伴隨的電子轉(zhuǎn)移、微生物細(xì)胞的氧化直接(或通過電子遞體的作用)在電極表面上發(fā)生。根據(jù)所得的電流量即可得底物濃度。例：Cass等提出一種測定葡萄糖的傳感器，是用二茂絡(luò)鐵為電子傳遞體。反應(yīng)直接在電極表面上發(fā)生2023/6/2725本文檔共130頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分2、生物傳感器工作原理待測物生物敏感膜信號(hào)轉(zhuǎn)換器擴(kuò)散分子識(shí)別電信號(hào)檢測處理電路放大、輸出待測物的量或濃度2023/6/2726本文檔共130頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分換能器（Transducer）感受器（Receptor）測量信號(hào)（MeasurableSignal）=分析物（Analyte）溶液（Solution）選擇性膜（Thinselectivemembrane）識(shí)別元件（RECOGNITION）生物傳感器工作機(jī)理2023/6/2727本文檔共130頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

固定化酶固定化微生物固定化免疫物質(zhì)

固定化細(xì)胞器生物組織切片微生物傳感器分子識(shí)別元件酶傳感器免疫傳感器細(xì)胞器傳感器組織傳感器1、按分子識(shí)別元件分類三、生物傳感器分類及特點(diǎn)2023/6/2728本文檔共130頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分按換能器分類

電化學(xué)電極光學(xué)換能器介體半導(dǎo)體傳遞系統(tǒng)換能器熱敏電阻壓電晶體介體生物傳感器換能器半導(dǎo)體生物傳感器生物電極光生物傳感器熱生物傳感器壓電晶體生物傳感器2023/6/2729本文檔共130頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分3、生物傳感器特點(diǎn)1）根據(jù)生物反應(yīng)的特異性和多樣性，理論上可以制成測定所有生物物質(zhì)的傳感器，因而測定范圍廣泛。2）一般不需進(jìn)行樣品的預(yù)處理，它利用本身具備的優(yōu)異選擇性把樣品中被測組分的分離和檢測統(tǒng)一為一體，測定時(shí)一般不需另加其他試劑，使測定過程簡便迅速，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析。3）體積小、響應(yīng)快、樣品用量少，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線檢測。2023/6/2730本文檔共130頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分4）通常其敏感材料是固定化生物元件，可反復(fù)多次使用。5）準(zhǔn)確度高，一般相對(duì)誤差可達(dá)到1%以內(nèi)。6）可進(jìn)行活體分析。7）傳感器連同測定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀，因而便于推廣普及。8）有的微生物傳感器能可靠地指示微生物培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)的供氧狀況和副產(chǎn)物的產(chǎn)生，能得到許多復(fù)雜的物理化學(xué)傳感器綜合作用才能獲得的信息。2023/6/2731本文檔共130頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分四、生物敏感材料的固定化技術(shù)生物傳感器制作的核心部分固定化的目的：將生物敏感物質(zhì)限制在一定的空間，但又不妨礙被分析物的自由擴(kuò)散。固定化技術(shù)：把生物活性材料與載體固定化成為生物敏感膜。物理方法：吸附法、夾心法、包埋法；化學(xué)方法:共價(jià)連接法、交聯(lián)法；近年來,由于半導(dǎo)體生物傳感器迅速發(fā)展,因而又出現(xiàn)了采用集成電路工藝制膜技術(shù)。2023/6/2732本文檔共130頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分1）夾心法將生物活性材料封閉在雙層濾膜之間，形象地稱為夾心法。特點(diǎn)是：操作簡單，不需要任何化學(xué)處理，固定生物量大，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好。2023/6/2733本文檔共130頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分離子交換吸附法：選用具有離子交換性質(zhì)的載體，在適宜的PH條件下，使生物分子與離子交換劑通過離子鍵結(jié)合，形成固定化層。2）吸附法用非水溶性載體物理吸附或離子結(jié)合，使蛋白質(zhì)分子固定化的方法。物理吸附：通過極性鍵、氫鍵、疏水力或電子的相互作用將生物組分吸附在不溶性的惰性載體上。載體種類較多，如活性炭、高嶺土、硅膠、玻璃、纖維素、離子交換體等。2023/6/2734本文檔共130頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分3）包埋法把生物活性材料包埋并固定在高分子聚合物三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基質(zhì)中。特點(diǎn)是：一般不產(chǎn)生化學(xué)修飾，對(duì)生物分子活性影響較?。蝗秉c(diǎn)是分子量大的底物在凝膠網(wǎng)格內(nèi)擴(kuò)散較固難。2023/6/2735本文檔共130頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分4）共價(jià)連接法使生物活性分子通過共價(jià)鍵與固相載體結(jié)合固定的方法。特點(diǎn)是結(jié)合牢固，生物活性分子不易脫落，載體不易被生物降解，使用壽命長；缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)固定化麻煩，酶活性可能因發(fā)生化學(xué)修飾而降低。2023/6/2736本文檔共130頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分5）交聯(lián)法借助于雙功能試劑的作用，使蛋白質(zhì)結(jié)合到惰性載體或使蛋白質(zhì)分子彼此交聯(lián)，形成不溶性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的方法。

這種方法廣泛用于酶膜和免疫分子膜制備，操作簡單。2023/6/2737本文檔共130頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分6）LB膜技術(shù)一種能在低溫低壓下制成高密度、分子排列方向一致的單分子層或雙分子層超薄膜的技術(shù)。2023/6/2738本文檔共130頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分酶生物傳感器一、酶的本質(zhì)和特征（一）酶的本質(zhì)酶是生物體內(nèi)產(chǎn)生的、具有催化活性的一類蛋白質(zhì)酶純蛋白酶：只含有蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白酶蛋白質(zhì)+非蛋白質(zhì)輔基：非蛋白部分與酶蛋白結(jié)合的牢固，不易分離輔酶：結(jié)合的不牢，可在溶液中離解（組合）五、幾種生物傳感器2023/6/2739本文檔共130頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分酶（催化反應(yīng)類型）氧化還原酶轉(zhuǎn)移酶水解酶異構(gòu)酶（二）酶的催化性質(zhì)1、高效催化性2、高度專一性2023/6/2740本文檔共130頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（三）影響酶活性的因素1、溫度一方面升高溫度增加底物分子的熱能，從而增高反應(yīng)的速率另一方面溫度的升高也會(huì)增加酶本身結(jié)構(gòu)的分子熱能，導(dǎo)致酶的變性或催化活性的降低多數(shù)哺乳動(dòng)物的酶，最適溫度為37左右2、PH影響酶促反應(yīng)的速率每種酶都有一個(gè)最適PH,微小偏差會(huì)降低酶的活性，較大偏差會(huì)導(dǎo)致酶蛋白自身的變性（最適6.8）2023/6/2741本文檔共130頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分二、酶生物傳感器應(yīng)用固定化酶作為敏感元件的生物傳感器酶生物傳感器酶電極傳感器酶場效應(yīng)管傳感器酶熱敏電阻傳感器酶光纖傳感器2023/6/2742本文檔共130頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分(一)酶電極傳感器定義：由固定化酶與離子選擇電極、氣敏電極、氧化還原電極等電化學(xué)電極組合而成的生物傳感器酶電極電流型酶電極電勢型酶電極2023/6/2743本文檔共130頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分1、電流型酶電極（固定化酶＋電流型化學(xué)電極）原理：將酶促反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)在電極上發(fā)生氧化或還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流作為測量信號(hào)，在一定條件下，利用測得的電流信號(hào)與待測物活度或濃度的函數(shù)關(guān)系，來測定樣品中某一生物組分的活度或濃度．電極：氧電極，過氧化氫電極酶氧化酶：用氧作受體的酶（常用）還原酶氧電極：（還原反應(yīng)）過氧化氫電極：（氧化反應(yīng)）2023/6/2744本文檔共130頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分▲葡萄糖傳感器：葡萄糖氧化酶膜＋電化學(xué)電極依據(jù)反應(yīng)中消耗的氧,生成的葡萄糖酸及過氧化氫的量，可用氧電極，ＰＨ電極，過氧化氫電極來測定葡萄糖的含量．測定酶促反應(yīng)所產(chǎn)生的葡萄糖酸的量來計(jì)算樣品中葡萄糖的含量2023/6/2745本文檔共130頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分優(yōu)點(diǎn)：酶易被分離，貯存較穩(wěn)定，所以目前被廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)：1.酶的特異性不高，如它不能區(qū)分結(jié)構(gòu)上稍有差異的梭曼與沙林。

2.酶在測試的過程中因被消耗而需要不斷的更換。3、酶傳感器的特點(diǎn)：

２、電勢型酶電極（固定化酶＋電勢型化學(xué)電極）原理：將酶促反應(yīng)引起的物質(zhì)量的變化轉(zhuǎn)變成電勢信號(hào)的輸出，電勢信號(hào)大小與底物濃度的對(duì)數(shù)值呈線性關(guān)系2023/6/2746本文檔共130頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分微生物和組織傳感器一、微生物傳感器典型：微生物電極（用微生物取代酶作生物活性物質(zhì)）意義：1、克服酶的價(jià)格昂貴，提取困難及不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，對(duì)于復(fù)雜反應(yīng)，還可同時(shí)利用微生物體內(nèi)的輔酶。

2、微生物傳感器尤其適合于發(fā)酵過程的測定，因?yàn)樵诎l(fā)酵過程中存在對(duì)酶的干擾物質(zhì)，應(yīng)用微生物傳感器則有可能排除這些干擾。2023/6/2747本文檔共130頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（一）微生物傳感器基礎(chǔ)微生物傳感器所用的微生物主要是細(xì)菌和酵母菌1、微生物的特性及分類微生物的代謝：微生物從周圍環(huán)境中提取營養(yǎng)物質(zhì)。通過生物催化即酶的作用，在體內(nèi)進(jìn)行一系列生物分解和生物合成反應(yīng)，以保持正常的生長和繁殖。酶胞內(nèi)酶胞外酶2023/6/2748本文檔共130頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分微生物的代謝同化作用異化作用微生物好氣性微生物：必須在有空氣的環(huán)境中才易生長厭氣性微生物：必須在無分子氧的環(huán)境生長繁殖：細(xì)胞將底物攝入通過一系列生化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成自身的組成物質(zhì)，并儲(chǔ)存能量。：細(xì)胞將自身的組成物質(zhì)分解以釋放能量或排出體外。2023/6/2749本文檔共130頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分2、微生物傳感器的特點(diǎn)及分類微生物敏感膜：微生物固定在載體上特點(diǎn)：（1）價(jià)格低、便于推廣普及（2）微生物細(xì)胞內(nèi)的酶在適當(dāng)環(huán)境下活性不易降低，因此微生物傳感器的壽命更長（3）即使微生物體內(nèi)酶的催化活性已經(jīng)喪失，也還可以因細(xì)胞的增值使之產(chǎn)生（4）對(duì)于需要輔助因子的復(fù)雜的連續(xù)反應(yīng)，用微生物更易于完成2023/6/2750本文檔共130頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分分類：微生物傳感器呼吸機(jī)能型微生物傳感器代謝機(jī)能型微生物傳感器微生物傳感器電流型微生物傳感器電勢型微生物傳感器2023/6/2751本文檔共130頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（二）微生物傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理微生物傳感器是以固定化微生物作為分子識(shí)別系統(tǒng)，與相應(yīng)的電化學(xué)轉(zhuǎn)換元件組合構(gòu)成。不同微生物需要不同的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行它的新陳代謝，因此可利用不同微生物作為分子識(shí)別系統(tǒng)制作微生物傳感器測定相應(yīng)的物質(zhì)。2023/6/2752本文檔共130頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分1、呼吸機(jī)能型微生物傳感器以好氣性微生物作生物活性物質(zhì)，通常與氧電極組合而成的，以細(xì)菌呼吸活性物質(zhì)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)被測物的測量2、代謝機(jī)能型微生物傳感器以厭氣性微生物作生物活性物質(zhì)，與相應(yīng)的電化學(xué)電極組合而成的，以細(xì)菌代謝活性物質(zhì)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)被測物的測量2023/6/2753本文檔共130頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分二、生物組織傳感器定義：以動(dòng)植物組織切片作為分子識(shí)別元件與相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換元件組合構(gòu)成的生物傳感器。特點(diǎn)：1、酶活性高2、穩(wěn)定性強(qiáng)3、所用材料易于獲取，價(jià)格便宜4、識(shí)別元件制作簡便，一般不需采用固定化技術(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換元件：氣敏元件原因：1、選擇性好2、有利于組織電極組裝2023/6/2754本文檔共130頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分免疫傳感器一、免疫傳感器基礎(chǔ)酶和微生物傳感器：低分子有機(jī)化合物免疫傳感器：高分子有機(jī)化合物--免疫反應(yīng)的檢測1、標(biāo)記法采用酶、熒光物質(zhì)、電活性化合物等進(jìn)行標(biāo)記，抗體與抗原反應(yīng)過程通過電化學(xué)、光學(xué)等手段進(jìn)行檢測。（1）夾心法樣品中的抗原與固化在傳感界面上的抗體結(jié)合后，加入標(biāo)記的抗體，使其與固相上的抗原結(jié)合，把抗原夾在固定抗體和標(biāo)記抗體中間，形成夾心結(jié)構(gòu)，洗去未結(jié)合的標(biāo)記抗體，測定結(jié)合在固相上標(biāo)記物的量。夾心法適用于測定高分子量的抗原。2023/6/2755本文檔共130頁；當(dāng)前第55頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（2）競爭法將抗體固定在傳感界面上，用已知量的標(biāo)記抗原與樣品中的抗原競爭結(jié)合傳感界面上的抗體，測定結(jié)合在固相上標(biāo)記物的量，此于被分析物的濃度成反比。（3）置換取代法把抗體固定在傳感界面上，標(biāo)記好抗原。測試時(shí)傳感界面上抗體的結(jié)合部位都已被標(biāo)記抗原所占據(jù)，當(dāng)加入非標(biāo)記抗原時(shí)，發(fā)生置換反應(yīng)，測量置換下來標(biāo)記物的量，在一定條件下，標(biāo)記物的量與被分析物的濃度成正比。2、非標(biāo)記法在抗體與相應(yīng)抗原識(shí)別結(jié)合的同時(shí)，把免疫反應(yīng)的信息直接轉(zhuǎn)變成可測信號(hào)2023/6/2756本文檔共130頁；當(dāng)前第56頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分二、免疫傳感器的結(jié)構(gòu)及分類1、免疫傳感器的基本結(jié)構(gòu)分子識(shí)別系統(tǒng)（感受器）、轉(zhuǎn)換器（換能器）、電子放大器抗體或抗原2、免疫傳感器的分類標(biāo)記型免疫傳感器（間接型免疫傳感器）非標(biāo)記型免疫傳感器（直接型免疫傳感器）電化學(xué)免疫傳感器光學(xué)免疫傳感器壓電免疫傳感器表面等離子體共振（SPR）免疫傳感器2023/6/2757本文檔共130頁；當(dāng)前第57頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分三、電化學(xué)免疫傳感器定義：以抗原——抗體反應(yīng)的免疫測定為基礎(chǔ)，采用電化學(xué)電極為傳感元件組合而成的，用于大分子蛋白質(zhì)測定的裝置。標(biāo)記型免疫傳感器（間接型免疫傳感器）非標(biāo)記型免疫傳感器（直接型免疫傳感器）2023/6/2758本文檔共130頁；當(dāng)前第58頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（二）間接型免疫傳感器

將抗原與抗體結(jié)合的信息轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N中間信息，然后把這個(gè)中間信息變成電信息。電流型傳感器（一）直接型免疫傳感器將抗體或抗原固定在大分子結(jié)構(gòu)的膜上或金屬電極上，當(dāng)被固定的抗體或抗原與相應(yīng)的配體結(jié)合時(shí)膜電勢或電極電勢發(fā)生變化，根據(jù)電勢與被測物的函數(shù)關(guān)系測定抗體或抗原的濃度電勢型傳感器2023/6/2759本文檔共130頁；當(dāng)前第59頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分納米生物傳感器

（Nanobiosensors）一、背景二、納米材料介紹三、納米生物傳感器2023/6/2760本文檔共130頁；當(dāng)前第60頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分CompanyLogo納米技術(shù)和生物技術(shù)是21世紀(jì)的兩大領(lǐng)先技術(shù)；納米生物傳感技術(shù)成為一種新興產(chǎn)業(yè)。納米尺寸處在原子、分子為代表的微觀世界和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，基于此尺寸的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，因此有著獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，如表面效應(yīng)、微尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，呈現(xiàn)出常規(guī)材料不具備的優(yōu)越性能。一、背景2023/6/2761本文檔共130頁；當(dāng)前第61頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分納米生物傳感器是將納米材料作為一種新型的生物傳感介質(zhì)，與傳統(tǒng)的傳感器相比，具有體積更小、速度更快、而且精度更高、可靠性更好的優(yōu)點(diǎn)。納米技術(shù)引入生物傳感器領(lǐng)域后，提高了生物傳感器的靈敏度和其它性能，并促進(jìn)了新型的生物傳感器的發(fā)展。因?yàn)榫哂辛藖單⒚壮叽绲膿Q能器、探針或者納米微系統(tǒng)，生物傳感器的各種性能大幅提高。但納米生物傳感器正處于起步階段，目前仍有大量的工作需要進(jìn)行。2023/6/2762本文檔共130頁；當(dāng)前第62頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分二、

納米材料介紹

納米材料是指由尺寸小于100nm（0.1-100nm）的超細(xì)顆粒構(gòu)成的具有小尺寸效應(yīng)的零維、一維、二維材料或由它們作為基本單元構(gòu)成的三維材料的總稱。

2023/6/2763本文檔共130頁；當(dāng)前第63頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分AFMpicture

Nanoparticles2023/6/2764本文檔共130頁；當(dāng)前第64頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分2023/6/2765本文檔共130頁；當(dāng)前第65頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分納米氧化鋁纖維2023/6/2766本文檔共130頁；當(dāng)前第66頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分Carbonnanotubes2023/6/2767本文檔共130頁；當(dāng)前第67頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分納米無創(chuàng)注射器納米管陣列2023/6/2768本文檔共130頁；當(dāng)前第68頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分納米膜AFMpictureDetailedstructure2023/6/2769本文檔共130頁；當(dāng)前第69頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

蓮葉表面存在著非常復(fù)雜的多重納米和微米級(jí)的超微結(jié)構(gòu)。荷葉表面上有一些微小的蠟質(zhì)顆粒,并且覆蓋著無數(shù)尺寸約10個(gè)微米的突包,每個(gè)突包的表面又布滿了直徑僅為幾百納米的更細(xì)的絨毛。在突包間的凹陷部分充滿著空氣,這樣就緊貼葉面形成一層極薄、只有納米級(jí)厚的空氣層,從而使得在尺寸上遠(yuǎn)大于這種結(jié)構(gòu)的灰塵、雨水等落在葉面上后,不會(huì)大范圍直接接觸葉面,而要隔著一層極薄的空氣,并且其能接觸的點(diǎn)也只是葉面上若干個(gè)凸起的點(diǎn)。自然界中的納米結(jié)構(gòu)

2023/6/2770本文檔共130頁；當(dāng)前第70頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

這種特性可以應(yīng)用在玻璃上或是戰(zhàn)機(jī)的雷達(dá)上,例如:經(jīng)過納米處理的玻璃本身也可以具有自潔效果。還有企業(yè)利用納米技術(shù)處理涂料,涂上此涂料的物體因而也擁有了自潔效果。也許在未來的世界中,我們周圍將不斷出現(xiàn)不會(huì)臟的地板、墻壁,和沒有灰塵的無線電用品。

這是自然界中生物長期進(jìn)化的結(jié)果,正是這種特殊的納米結(jié)構(gòu),使得荷葉表面不沾水滴,可以保持清潔:當(dāng)荷葉上有水時(shí),水會(huì)在自身表面張力的作用下形成球狀。風(fēng)吹動(dòng)水珠在葉面上滾動(dòng)時(shí),水珠可以沾起葉面上的灰塵,并從上面高速滑落,從而使得蓮葉能夠更好地進(jìn)行光合作用。

2023/6/2771本文檔共130頁；當(dāng)前第71頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分飛檐走壁的壁虎

“壁虎漫步”靠的并不是吸盤,而是腳趾上數(shù)以萬計(jì)的細(xì)小剛毛。剛毛根部有幾十微米粗,頂端分成很多更細(xì)更彎的絨毛,每根絨毛的直徑僅幾百納米,其末梢延展成扁平形。此種精細(xì)結(jié)構(gòu),使得壁虎以幾納米的距離大面積地貼近墻面。盡管這些絨毛很纖弱,但足以使所謂的范德華鍵(發(fā)揮作用,為壁虎提供數(shù)百萬個(gè)的附著點(diǎn),從而支撐其體重。

這種附著力可通過“剝落”輕易打破,就像撕開膠帶一樣,因此壁虎能夠自由穿過天花板。2023/6/2772本文檔共130頁；當(dāng)前第72頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

在現(xiàn)實(shí)生活中,我們可以制造出抓地更牢的運(yùn)動(dòng)鞋,可以制作雨雪環(huán)境中不再打滑的汽車輪胎。而在影視劇拍攝中,演員們可以告別工作室里的電腦,真正在摩天大樓的玻璃幕墻上一展身手。據(jù)此開發(fā)出的空間探測用攀爬型機(jī)器人,無論在什么惡劣的條件下都可以在太空飛行器的外表面行走,給飛行器進(jìn)行“體檢”。2023/6/2773本文檔共130頁；當(dāng)前第73頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分貝類——嫻熟的黏合高手

當(dāng)貝類想把自己貼在一塊巖石上時(shí),就會(huì)打開貝殼,把觸角貼到巖石上,它將觸角拱成一個(gè)吸盤,然后通過細(xì)管向低壓區(qū)注射無數(shù)條黏液和膠束:釋放出強(qiáng)力水下膠粘劑。這些黏液和膠束瞬間形成泡沫,起到小墊子的作用。貝類通過彈性足絲停泊在這個(gè)“減震器”上。這樣,它們就可以隨波起伏,而不至于受傷。這種牢固的膠粘效果就來自黏液和巖石納米尺度下分子之間的相互作用。

2023/6/2774本文檔共130頁；當(dāng)前第74頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分“上善若水”的水黽

小型水生昆蟲水黽被喻為“池塘中的溜冰者”,因?yàn)樗粌H能在水面上滑行,而且還會(huì)像溜冰運(yùn)動(dòng)員一樣在水面上優(yōu)雅地跳躍和玩耍。它的高明之處是,既不會(huì)劃破水面,也不會(huì)浸濕自己的腿。2023/6/2775本文檔共130頁；當(dāng)前第75頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

在高倍顯微鏡下發(fā)現(xiàn),水黽腿部上有數(shù)千根按同一方向排列的多層微米尺寸的剛毛。這些像針一樣的微米剛毛的表面上形成螺旋狀納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)槽,吸附在構(gòu)槽中的氣泡形成氣墊,這些氣墊阻礙了水滴的浸潤,宏觀上表現(xiàn)出水黽腿的超疏水特性(超強(qiáng)的不沾水的特性)。正是這種超強(qiáng)的負(fù)載能力使得水黽在水面上行動(dòng)自如,即使在狂風(fēng)暴雨和急速流動(dòng)的水流中也不會(huì)沉沒。2023/6/2776本文檔共130頁；當(dāng)前第76頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分五彩斑斕的蝴蝶

蝴蝶翅膀由兩層僅有3~4微米厚的鱗片組成,上面一層鱗片像微小的屋瓦一樣交替,每個(gè)鱗片的構(gòu)造也很復(fù)雜。而下一層則比較光滑。蝴蝶翅膀這種井然有序的安排形成了所謂的光子晶體,也就是納米結(jié)構(gòu)。通過這種結(jié)構(gòu),蝴蝶翅膀能捕捉光線。僅讓某種波長的光線透過。這便決定了不同的顏色。

蝴蝶翅膀上炫目的色彩來自一種微小的鱗片狀物質(zhì),它們就像圣誕樹上小小的彩燈,在光線的照耀下能折射出斑斕的色彩。

2023/6/2777本文檔共130頁；當(dāng)前第77頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分利用“羅盤”定位的蜜蜂

研究表明,包括蜜蜂、海龜?shù)仍趦?nèi)的許多生物體內(nèi)都存在著納米尺寸的磁性顆粒。這些磁性納米顆粒對(duì)于生物的定位與運(yùn)動(dòng)行為具有重要意義。最新的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),蜜蜂的腹部存在著磁性納米粒子,這種磁性的納米粒子具有類似指南針的功能,蜜蜂利用這種“羅盤”來確定其周圍環(huán)境,利用在磁性納米粒子中存儲(chǔ)的圖像來判明方向。當(dāng)蜜蜂采蜜歸來時(shí),實(shí)際上就是把自己原來存儲(chǔ)的圖像和沿途所見的圖像進(jìn)行對(duì)比。如果兩個(gè)圖像一致,即可據(jù)此來判斷出蜂巢的所在。利用這種納米磁性顆粒進(jìn)行導(dǎo)航,蜜蜂可以完成數(shù)千米的旅程。

2023/6/2778本文檔共130頁；當(dāng)前第78頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

蛛絲

蜘蛛網(wǎng)常常出現(xiàn)在長久沒有清掃的房間角落。對(duì)于普通人而言,蜘蛛網(wǎng)并不是什么了不起的東西,用掃帚輕輕一拂,蛛網(wǎng)就被掃掉了。但是蜘蛛絲本身確實(shí)是大自然的奇跡。自然界中的蜘蛛絲直徑有100納米左右,是真正的純天然納米纖維。如果用蜘蛛絲制成和普通鋼絲繩一樣粗細(xì)的繩索,可以吊起上千噸重的物體,其強(qiáng)度能與鋼索相媲美。

2023/6/2779本文檔共130頁；當(dāng)前第79頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分除了用于捕捉飛蟲外,幾乎所有的蜘蛛都還用蛛絲作為指路線、安全繩、滑翔索。蜘蛛的腹部通常有幾種腺體,被稱為吐絲器。各種腺體產(chǎn)生不同類型蛛絲,腺體頂端有噴絲頭,其上有數(shù)千只小孔,噴出的液體一遇空氣即凝結(jié)成黏性強(qiáng)、張力大的蛛絲。通常,1000根蛛絲合并后比人的頭發(fā)絲還要細(xì)1/10。

2023/6/2780本文檔共130頁；當(dāng)前第80頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分1.表面效應(yīng)

固體材料表面的原子與內(nèi)部的原子所處的環(huán)境是不同的，當(dāng)材料的粒徑遠(yuǎn)大于原子直徑時(shí)，表面原子可以忽略；但當(dāng)粒徑逐漸接近于原子直徑時(shí)，表面原子的數(shù)目及其作用就不能忽略，而且這時(shí)晶粒的表面積、表面能和表面結(jié)合能等都發(fā)生了很大的變化，人們把由此而引起的種種特異效應(yīng)統(tǒng)稱為表面效應(yīng)。（一）納米材料的特性2023/6/2781本文檔共130頁；當(dāng)前第81頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分比表面積↑↑表面原子百分?jǐn)?shù)↑↑納米顆粒的表面能高、活性強(qiáng)顆粒直徑↓

納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。性質(zhì)變化2023/6/2782本文檔共130頁；當(dāng)前第82頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分高表面活性→交聯(lián)或吸附性強(qiáng)Drug/GeneDeliverySystem

藥物/基因轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)吸附在細(xì)胞膜上胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞吸附藥物/質(zhì)粒DNA納米粒納米粒-藥物/DNA復(fù)合物2023/6/2783本文檔共130頁；當(dāng)前第83頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分納米載體-綠色熒光蛋白報(bào)道基因轉(zhuǎn)染細(xì)胞2023/6/2784本文檔共130頁；當(dāng)前第84頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分納米粒納米粒用于檢測或?qū)蚣夹g(shù)2023/6/2785本文檔共130頁；當(dāng)前第85頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分BIOMAT190802MHNanoparticle抗原抗體有機(jī)與無機(jī)納米粒子珠

巨噬細(xì)胞，淋巴細(xì)胞等細(xì)胞。

2023/6/2786本文檔共130頁；當(dāng)前第86頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分2.小尺寸效應(yīng)

小尺寸效應(yīng)是指由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化。尺寸變小+比表面積↑↑→新奇的性質(zhì)光學(xué)熱學(xué)力學(xué)磁學(xué)2023/6/2787本文檔共130頁；當(dāng)前第87頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

由無數(shù)的原子構(gòu)成固體時(shí)，單獨(dú)原子的能級(jí)就并合成能帶，由于電子數(shù)目很多，能帶中能級(jí)的間距很小，因此可以看作是連續(xù)的。對(duì)介于原子、分子與大塊固體之間的納米顆粒而言，大塊材料中連續(xù)的能帶將分裂為分立的能級(jí)；能級(jí)間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當(dāng)熱能、電場能或者磁場能比平均的能級(jí)間距還小時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子/小尺寸效應(yīng)。例如，導(dǎo)電的金屬在超微顆粒時(shí)可以變成絕緣體，磁矩的大小與顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān)，比熱亦會(huì)反常變化，光譜線會(huì)產(chǎn)生向短波長方向的移動(dòng)，這就是量子尺寸效應(yīng)的宏觀表現(xiàn)。

2023/6/2788本文檔共130頁；當(dāng)前第88頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（1）特殊的光學(xué)性質(zhì)

納米顆粒當(dāng)尺寸小到一定程度時(shí)具有很強(qiáng)的吸光性。金屬納米顆粒對(duì)光的反射率很低，通?？傻陀趌％，大約幾微米的厚度就能完全消光。幾乎所有的金屬納米顆粒都可呈現(xiàn)黑色。

2023/6/2789本文檔共130頁；當(dāng)前第89頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分納米涂料隱形飛機(jī)2023/6/2790本文檔共130頁；當(dāng)前第90頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（2）特殊的磁學(xué)性質(zhì)

納米顆粒的磁性與大塊材料的磁性有顯著的不同，磁性納米顆粒具有高矯頑力。當(dāng)純鐵顆粒尺寸減小到一定程度（二十個(gè)納米）時(shí)，其矯頑力可顯著增加；尺寸減小到6nm時(shí)，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。

2023/6/2791本文檔共130頁；當(dāng)前第91頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分生物磁性納米顆粒生物體內(nèi)磁性超微顆粒---生物磁羅盤2023/6/2792本文檔共130頁；當(dāng)前第92頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分磁性阿霉素納米粒在磁場中的定向運(yùn)動(dòng)磁性納米粒運(yùn)動(dòng)軌跡2023/6/2793本文檔共130頁；當(dāng)前第93頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分磁性納米球用于細(xì)胞分離癌癥診斷磁性納米粒在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用2023/6/2794本文檔共130頁；當(dāng)前第94頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（3）特殊的熱學(xué)性質(zhì)

固態(tài)物質(zhì)在大尺寸形態(tài)時(shí)，其熔點(diǎn)是固定的，超細(xì)微化后其熔點(diǎn)將顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤為顯著。（4）特殊的力學(xué)性質(zhì)呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。2023/6/2795本文檔共130頁；當(dāng)前第95頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

電子具有粒子性又具有波動(dòng)性，因此存在隧道效應(yīng)。納米顆粒的一些宏觀物理量，如顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等，亦顯示出隧道效應(yīng)，稱之為宏觀的量子隧道效應(yīng)。3.宏觀量子隧道效應(yīng)2023/6/2796本文檔共130頁；當(dāng)前第96頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（二）

納米材料分類納米粉末：碳酸鈣，白炭黑，氧化鋅納米纖維：納米絲、納米棒、納米管納米膜：超薄膜、多層膜、超晶格納米液體材料納米塊體:納米Cu的塊體材料材料的形態(tài)2023/6/2797本文檔共130頁；當(dāng)前第97頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分物理性能納米半導(dǎo)體材料納米磁性材料納米非線性光學(xué)材料納米鐵電體材料納米超導(dǎo)材料納米熱電材料2023/6/2798本文檔共130頁；當(dāng)前第98頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分化學(xué)結(jié)構(gòu)納米金屬納米晶體納米陶瓷納米玻璃納米高分子材料納米復(fù)合材料2023/6/2799本文檔共130頁；當(dāng)前第99頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分應(yīng)用納米電子材料納米光電子材料納米生物醫(yī)學(xué)材料納米敏感材料納米儲(chǔ)能材料2023/6/27100本文檔共130頁；當(dāng)前第100頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

（三）納米生物材料的制備

納米顆粒的作用受其尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)的影響。不是所有納米尺寸的顆粒都能起作用，納米顆粒的尺寸也不是越小越好；特定的技術(shù)領(lǐng)域需要特定尺寸、大小均一的納米顆粒才能發(fā)揮最佳效果。固相法反應(yīng)物的聚合狀態(tài)液相法氣相法2023/6/27101本文檔共130頁；當(dāng)前第101頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分（四）納米生物醫(yī)用材料及其應(yīng)用1.細(xì)胞分離用納米材料

利用納米復(fù)合粒子性能穩(wěn)定、不與膠體溶液反應(yīng)且易實(shí)現(xiàn)與細(xì)胞分離等特點(diǎn),可將納米粒子應(yīng)用于診療中進(jìn)行細(xì)胞分離。2023/6/27102本文檔共130頁；當(dāng)前第102頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

美國科學(xué)家用納米SiO2微粒很容易將懷孕8星期左右婦女的血樣中極少量的胎兒細(xì)胞分離出來,并能準(zhǔn)確地判斷是否有遺傳缺陷；挪威工科大學(xué)的研究人員,利用納米磁性粒子成功地進(jìn)行了人體骨骼液中腫瘤細(xì)胞的分離；利用納米微粒進(jìn)行細(xì)胞分離技術(shù)很可能在腫瘤早期從血液中檢查出癌細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷和治療。

2023/6/27103本文檔共130頁；當(dāng)前第103頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

利用不同抗體對(duì)細(xì)胞內(nèi)各種器官和骨骼組織的敏感程度和親和力的顯著差異,選擇抗體種類，將納米金粒子與預(yù)先精制的抗體或單克隆抗體混合,制備成多種納米金/抗體復(fù)合物。

2.用于細(xì)胞內(nèi)部染色的納米材料2023/6/27104本文檔共130頁；當(dāng)前第104頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

借助復(fù)合粒子分別與細(xì)胞內(nèi)各種器官和骨骼系統(tǒng)結(jié)合而形成的復(fù)合物,在白光或單色光照射下呈現(xiàn)某種特征顏色(如10nm的金粒子在光學(xué)顯微鏡下呈紅色),從而給各種組合“貼上”了不同顏色的標(biāo)簽,因而為提高細(xì)胞內(nèi)組織的分辨率提供了一種急需的染色技術(shù)。2023/6/27105本文檔共130頁；當(dāng)前第105頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

應(yīng)用不同的材料制備納米顆粒并通過改變其大小和形狀可以改變納米顆粒的光散射性質(zhì)。以此為基礎(chǔ)可制備多種顏色的納米顆粒標(biāo)簽。改變納米顆粒的形狀不僅可以改變其光散射特征，還可以改變其他特征如產(chǎn)生諧波等。例如：球形納米銀顆粒不散射紅光，而棱柱形納米銀顆粒卻呈紅色。2023/6/27106本文檔共130頁；當(dāng)前第106頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分2023/6/27107本文檔共130頁；當(dāng)前第107頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分

這些不同顏色的納米顆粒標(biāo)簽表面包被細(xì)胞特異性抗體/配體后，可進(jìn)行組織/細(xì)胞染色或標(biāo)記、疾病的診斷及示蹤技術(shù)。2023/6/27108本文檔共130頁；當(dāng)前第108頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分3.納米藥物控釋材料

納米粒子不但具有能穿過組織間隙并被細(xì)胞吸收、可通過人體最小的毛細(xì)血管、甚至可通過血腦屏障等特性,而且還具有靶向、緩釋、高效、低毒且可實(shí)現(xiàn)口服、靜脈注射及敷貼等多種給藥途徑。2023/6/27109本文檔共130頁；當(dāng)前第109頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分4.納米抗菌材料及創(chuàng)傷敷料利用Ａｇ+可使細(xì)胞膜上的蛋白失活,從而殺死細(xì)菌。利用該類材料的光催化作用,與Ｈ2Ｏ反應(yīng)生成具強(qiáng)氧化性的羥基以殺死病菌

ZnO、TiO2等光觸媒型納米抗菌材料

Ａｇ+系抗菌材料:

2023/6/27110本文檔共130頁；當(dāng)前第110頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分5.納米顆粒中藥及保健品

納米級(jí)中藥粒子

——可溶于水,有效提高藥物利用率

——口服膠囊、口服液或膏藥

納米膠囊或納米粒子懸浮液保健品

——↓毒性，↑活性（硒旺膠囊）2023/6/27111本文檔共130頁；當(dāng)前第111頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分6.納米醫(yī)用陶瓷納米陶瓷在人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒以及牙種植體、耳聽骨修復(fù)體等人工器官制造及臨床應(yīng)用領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。納米級(jí)羥基磷灰石復(fù)合材料

聚酰胺/納米HA晶體生物活性材料ZrO2的納米羥基磷灰石復(fù)合材料納米TiO2/聚合物復(fù)合材料2023/6/27112本文檔共130頁；當(dāng)前第112頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分7.納米生物活性材料

鈣鹽納米ＳｉＯ2/聚合物復(fù)合材料

:在人體液中放置1周后,可以觀察到其表面有羥基磷灰石層形成。

含鈦硅的納米復(fù)合材料：具有優(yōu)良的透光率、氧氣透過率和吸濕性,是理想的隱形眼鏡材料。

2023/6/27113本文檔共130頁；當(dāng)前第113頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分聚氨酯材料：因其良好的生物相容性和優(yōu)異的力學(xué)性能常用來制作血管移植物、介入導(dǎo)管、心臟輔助循環(huán)體系及人工心臟等。

納米微孔ＳｉＯ2玻璃：可用作微孔反應(yīng)器、功能性分子吸附劑、生物酶催化劑及藥物控釋體系的載體等。

2023/6/27114本文檔共130頁；當(dāng)前第114頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分在血管中運(yùn)動(dòng)的納米機(jī)器人，使用納米切割機(jī)和真空吸塵器來清除血管中的沉積物。納米機(jī)器人消滅癌細(xì)胞虛擬圖未來應(yīng)用2023/6/27115本文檔共130頁；當(dāng)前第115頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分三.納米生物傳感器

納米生物傳感器是納米技術(shù)與生物傳感器的融合，其研究領(lǐng)域涉及到生物技術(shù)、信息技術(shù)、納米科學(xué)、界面科學(xué)等多個(gè)重要領(lǐng)域。2023/6/27116本文檔共130頁；當(dāng)前第116頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分2023/6/27117本文檔共130頁；當(dāng)前第117頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分2023/6/27118本文檔共130頁；當(dāng)前第118頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分2023/6/27119本文檔共130頁；當(dāng)前第119頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分CompanyLogo碳納米管在納米生物傳感器中的應(yīng)用碳納米管（CarbonNanotubes，CNTs）是一種由碳六元環(huán)構(gòu)成的類石墨平面卷曲而成的納米級(jí)中空管。CNTs具有良好的導(dǎo)電性、催化活性和較大的比表面積，因此被廣泛用于修飾電極的研究。分散性良好的碳納米管在水溶液或丙酮、甲醇等有機(jī)溶劑中可觀察到很強(qiáng)的熒光發(fā)射。由于獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，碳納米管對(duì)周圍的環(huán)境極其敏感，所以可以將其應(yīng)用于化學(xué)傳感器。2023/6/27120本文檔共130頁；當(dāng)前第120頁；編輯于星期二\3點(diǎn)11分CNTs在氧化還原酶生物傳感器中的應(yīng)用酶的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，活性中心通常包埋于酶內(nèi)部，很難實(shí)現(xiàn)酶與電極間的直接電子轉(zhuǎn)移。碳納米管具有良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和生物兼容性，將酶固定到碳米管表面可以保持酶的生物活性，有效地促進(jìn)酶與傳感器之間快速、直接的電子轉(zhuǎn)移，提高酶生物傳感器的檢測速度、穩(wěn)定性和使用壽命。應(yīng)用于葡萄糖的檢測中還可應(yīng)用于有機(jī)磷類化合物的分析檢測2023/6/27121本文檔共130頁；當(dāng)前第121頁；編輯于星期二\3點(diǎn)