1、收稿:2008年3月,收修改稿:2008年8月*深圳大學(xué)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（No.200818 資助* 通訊聯(lián)系人 e 2mail:yang . cn納米電化學(xué)生物傳感器楊海朋陳仕國(guó)李春輝陳東成戈早川（深圳大學(xué)材料學(xué)院深圳市特種功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室深圳518060摘要納米電化學(xué)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)，與特異性分子識(shí)別物質(zhì)如酶、抗原 P抗體、D NA等相結(jié)合，并以電化學(xué)信號(hào)為檢測(cè)信 號(hào)的分析器件。本文簡(jiǎn)要介紹了生物傳感器的分類和納米材料在電化學(xué)生物傳感器 中的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)，綜述了近年來(lái)各類納米電化學(xué)生物傳感器在生物檢測(cè)方面的研 究進(jìn)展,包括納米顆粒生物傳感

2、器，納米管、納米棒、納米纖維與納米線生物傳感器 以及納米片與納米陣列生物傳感器等。關(guān)鍵詞生物傳感器電化學(xué)傳感器納米材料生物活性物質(zhì)固定化中圖分類號(hào)：O65711; TP21213文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：10052281X（20090120210207Nano materials Based Electrochemical Biose nsorsY ang Haipe ngChen Shiguo Li Chun hui Chen Don gche ng Ge Zaochua n (She nzhe n Key Laboratory of Special Functional M aterials

3、. College of Materials Science and Engin eeri ng.She nzhen Un iversity, She nzhen 518060, Chi naAbstract Biose nsors w hich utilize immobilized bioac tive compo unds (such as enz ymes, an tige n, an tibody, D N A, etc. f or the c on vers ion of the target an alytes into electroc he mically detectabl

4、e products is one of the most widely used detection methods and have become an area of wide ranging research activity. The adva nces in biocompatible nano tech no logy make it possible to develop ne w biose nsors. A variety of biose nsors with high sen sitivity and excelle nt reproducibility based o

5、n nano tech no logy have bee n reported in rece nt years. In this paper, the developme nt of the researches on nano amperometric biose nsors, one of the most importa nt bran ches of biose nsors, is revie wed. Nano scale architectures here invo Ive nano 2particles, nano 2wires and nano 2rods, nano 2s

6、heet, nano 2array, and carb on nano tube, etc. Remarkable sen sitivity and stability have bee n achieved by coupli ng immobilized bioactive compo unds and these nano materials.Key words biose nsors; electroche mistry sen sors; nano materials; bioactive compo un ds; immobiliz ati onCon te nts1 In tro

7、duct ion to biose nsors2 Nano materials based electrochemical biose nsors 2. 1 Challe nges and developme nts of biose nsors 2. 2 In troductio n of nano materials2. 3 Nano materials based electrochemical biose nsors 2. 3. 1 Nano particles based electrochemical biose nsors2. 3. 2 Nano wires and nano r

8、ods based electrochemical biose nsors2. 3. 3 Carbon nano materials basedelectrochemicalbiose nsors2. 3. 4 Nano array based electrochemical biose nsors 2. 3. 5 Nano sheets based electrochemical biose nsors 3 Con clud ing remarks第21卷第1期2009年1月化學(xué)進(jìn)展PRO G RESS I N C HE M 1ST RYVol. 21No. 1 Jan. , 20091生物

9、傳感器概述生物傳感器通常由生物識(shí)別元件（bioreceptor和信號(hào)轉(zhuǎn)換器件（transducer兩個(gè)部 分組成:生物識(shí)別單元具有專一的選擇性，可以獲得極其高的靈敏度；而信號(hào)轉(zhuǎn)換器 通常是一個(gè)獨(dú)立的化學(xué)或物理敏感元件，可采用電化學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、壓電等多種 不同原理工作。把分子識(shí)別功能基底同高靈敏的信號(hào)轉(zhuǎn)換器件相結(jié)合，就構(gòu)成多種多樣、千變?nèi)f化的生物傳感器1 4。生物傳感器可按照生物特異性授予機(jī)制或信號(hào)轉(zhuǎn)換模式分類。按被選生物化學(xué)受體的不同，可將生物傳感器分為酶?jìng)鞲衅鳌?免疫傳感器、組織傳感器、微生物傳感器和細(xì)胞傳感器等。根據(jù)生物反應(yīng)產(chǎn)生信息的物理或化學(xué)性質(zhì)，信號(hào)轉(zhuǎn)換器通常采用電化學(xué)、光譜、熱、壓

10、電及表面聲波等技 術(shù)與之相匹配，而由此衍生出電化學(xué)生物傳感器、光生物傳感器、半導(dǎo)體生物傳感 器、熱生物傳感器和壓電晶體生物傳感器等。因?yàn)殡娀瘜W(xué)轉(zhuǎn)換器件具有較高的靈敏度，易微型化，能在渾濁的溶液中操作等許 多優(yōu)勢(shì),并且所需的儀器簡(jiǎn)單、便宜，因而被廣泛應(yīng)用于傳感器的制備中5,6。根據(jù)電化學(xué)檢測(cè)的模式不同，又可具體分為安培型、電勢(shì)型、表面電荷場(chǎng)致效應(yīng)晶體管 (FE Ts型和電導(dǎo)型電化學(xué)生物傳感 器。生物傳感器誕生在20世紀(jì)60年代,而對(duì)其研究的全面展開(kāi)是在20世紀(jì)80年 代。20多年來(lái)該領(lǐng)域發(fā)展迅速，取得了顯著的成績(jī)。隨著人類基因組研究的深入進(jìn) 行和微納米技術(shù)的普及與成熟，納米傳感器、基因芯片以及微

11、全分析系統(tǒng)(T AS等 新器件、新系統(tǒng)的出現(xiàn)，把生物傳感器的研究推進(jìn)到一個(gè)嶄新的發(fā)展階段7,8。本文主要綜述納米電化學(xué)生物傳感器近年來(lái)的研究進(jìn)展。2納米電化學(xué)生物傳感器納米電化學(xué)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)，與特異性 分子識(shí)別物質(zhì)如酶、抗原P抗體、D N A等相結(jié)合,并以電化學(xué)信號(hào)為檢測(cè)信號(hào)的 分析器件。211生物傳感器的挑戰(zhàn)與發(fā)展多年來(lái),生物傳感器引起了人們的極大關(guān)注，相當(dāng)多的公司與研究單位開(kāi)展了生 物傳感器的研究與開(kāi)發(fā)，相應(yīng)的文章與專利也急劇增加。然而，目前成,試生產(chǎn)階段, 僅有少數(shù)品種已計(jì)劃大規(guī)模生產(chǎn)。造成這種狀況的主要原因之一在于生物識(shí)別元件 的穩(wěn)定性差，不能滿足生

12、物傳感器長(zhǎng)期持續(xù)檢測(cè)的客觀要求。發(fā)展新型材料和優(yōu)秀的固定化方法則是提高生物識(shí)別元件穩(wěn)定性的有效 途徑之一8 11。20世紀(jì)90年代以來(lái),納米技術(shù)的介入為生物傳感器的發(fā)展提供了新的活力,并已取得了突破性的進(jìn)展7 12。納米材料由于比表面積大、表面反應(yīng)活性高、表面原子配位不全等導(dǎo)致表面 的活性位點(diǎn)增加、催化效率提高、吸附能力增強(qiáng)，為生物傳感研究提供了新研究途 徑。與傳統(tǒng)的傳感器相比，新型納米材料傳感器不僅體積更小、速度更快、而且精 度更高、可靠性更好。由于納米粒子高的比表面積和其本身的生物兼容性，在生物電催化反應(yīng)中起著重要作用。例如與納米粒子組裝后的酶，其活性中心可更接近電極表面,易于進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移

13、，提高了生物電催化活性，使其更有利于在電化學(xué)傳感器 中應(yīng)用13, 14。212納米材料概述納米材料是指三維空間中至少有一維處于納米尺度(1 100nm范圍內(nèi)的材料或由它們作為基本單元組裝而成的結(jié)構(gòu)材料，包括金屬、氧化物、無(wú)機(jī)化合物和有機(jī) 化合物等。該尺寸處在原子、分子為代表的微觀世界和宏觀物體交界的過(guò)渡區(qū)域 (介觀體系，處于該尺寸的材料表現(xiàn)出許多既不同于微觀粒子又不同于宏觀物體的 特性,突出表現(xiàn)為4大效應(yīng)。(1表面效應(yīng)。指納米粒子的表面原子數(shù)與總體原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急 劇增大,從而引起數(shù)與總體原子數(shù)性質(zhì)上的突變。粒徑到達(dá)10nm以下,表面原子數(shù)與總體原子數(shù)之比迅速增大，當(dāng)粒徑降至1nm時(shí)

14、,表面原子數(shù)與總體原子數(shù)之比超 過(guò)90%以上，原子幾乎全部集中到粒子的表面，表面懸空鍵增多，化學(xué)活性增強(qiáng)。此 時(shí)粒子的比表面積、表面能和表面結(jié)合能都發(fā)生很大的變化。(2體積效應(yīng)，亦稱小尺寸效應(yīng)。當(dāng)納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的波長(zhǎng)及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度等物理尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件將被破壞，熔點(diǎn)、磁性、光 吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化性能等與普通粒子相比都有很大變化 ，這種特殊的現(xiàn) 象通常稱之為體積效應(yīng)。該效應(yīng)為其應(yīng)用開(kāi)拓了廣闊的新領(lǐng)域。(3量子尺寸效應(yīng)。顆粒尺寸下降到一定值時(shí)，可將大塊材料中連續(xù)的能帶分裂成分立的能級(jí)，能#211#第 1期楊海朋等 納米電化學(xué)生物傳感器量子尺寸效應(yīng)。當(dāng)熱能、電

15、場(chǎng)能或磁能比平均的能級(jí)間距還小時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)一系列與宏觀物質(zhì)截然不同的反常特性。(4宏觀量子隧道效應(yīng)。隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一 ，即當(dāng)微觀粒子的總能 量小于勢(shì)壘高度時(shí)，該粒子仍能穿越這勢(shì)壘。近來(lái)年，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微 顆粒的磁化強(qiáng)度、量子干涉器件中的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化，故稱之為宏觀的量子隧道效應(yīng)。納米粒子也具有 這種貫穿勢(shì)壘的能力。213納米電化學(xué)生物傳感器從納米材料在電化學(xué)生物傳感器中的具體應(yīng)用來(lái)看 ，納米電化學(xué)生物傳感器主 要包括如下類型：納米顆粒生物傳感器，納米管、納米棒與納米線生物傳感器，納米 片以及納米陣列生物傳感器等。其中

16、因?yàn)樘技{米管的優(yōu)異性能，使得基于碳納米管 的電化學(xué)生物傳感器發(fā)展極為迅速15 1721311納米顆粒電化學(xué)生物傳感器納米顆粒在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用非常廣泛。納米粒子由于具有大的比表 面積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數(shù)量,從而增強(qiáng)反應(yīng)信號(hào)13。金溶膠納米顆粒由于吸附生物大分子后仍能保留其生物活性，因而最初廣泛用于電子顯微鏡中標(biāo)記生物分子18。自從Z hao等19報(bào)告了葡萄糖氧化酶被固定在金溶膠上制備了高性能的葡萄糖傳感器以來(lái)，研究表明，多種酶可以牢固地吸附在金納米顆粒 表面,并且能保留其催化活性。金納米顆粒對(duì)氧化還原蛋

17、白質(zhì)在電極上起到定向作 用,可以改變氧化還原蛋白質(zhì)的微環(huán)境，并可作為固定化氧化還原蛋白質(zhì)與電極之間 有效的電子媒介體，從而使得酶的氧化還原中心與電極間通過(guò)納米粒子進(jìn)行直接電 子轉(zhuǎn)移成為可能。金溶膠逐漸被廣泛用于固定化酶制備電化學(xué)生物傳感器20 22。目前已有多種納米顆粒材料用于電化學(xué)生物傳感器的制備。所用的納米顆粒包括 TiO 2、Au、A g、Pt、Pd以及SiO 2 等23 28。Tang等23制備了憎水和親水型的納米二氧化硅及金顆粒，研究了不同顆粒的吸附性能和酶的活 性之間的關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)不論何種類型的顆粒，在同樣制備條件下酶的吸附量總是隨著顆粒尺寸的降低而增加。Jena等29把納米金顆

18、粒分散到二氧化硅溶膠凝膠網(wǎng)絡(luò)中，形成了金納米粒子修飾電極。 該電極和脫氫酶組合成,（N AD H的檢測(cè)極限低至5nM ,顯示了極高的靈敏度。Neufeld 等30結(jié)合基因工程技術(shù)制備了全細(xì)胞的生物傳感器，對(duì)基于細(xì)胞膜破壞類型的有毒化學(xué)物質(zhì)，有極高的電流響應(yīng)靈敏 度,對(duì)苯酚的檢測(cè)極限可達(dá)116ppm。侯憲全等31采用納米Z nO與聚乙烯醇縮丁醛（PVB構(gòu)成的復(fù)合膜基質(zhì)來(lái)固定葡萄糖氧化酶（G OD ,制成的葡萄糖生物傳感器對(duì)葡萄糖響應(yīng)的靈敏度大幅度提高。Z hao等32在鉑電極表面自組裝憎水蛋白膜固定酶，制備了電流型葡萄糖傳感器，其酶的利 用效率得到很大提高。Jena等33用L2乳酸脫氫酶、羥胺和

19、金納米粒子制作了對(duì)L2乳酸鹽敏感的電流型生物傳感器,該傳感器具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、可多次重復(fù)使用的特點(diǎn)。Hua ng等34 將葡萄糖氧化酶吸附在硫化鎘（CdS納米粒子上，研究了納米粒子對(duì)葡萄糖 氧化酶電子傳遞的促進(jìn)作用。Bai等35利用金納米粒子和介孔二氧化硅復(fù)合材料固定酶，制備了高效的電流型葡萄糖傳感器。Cha ndra 等36把納米金顆粒負(fù)載到功能化的介孔交聯(lián)聚合物之中，制備了可靈敏檢測(cè)過(guò)氧化 氫的修飾電極，該電極可以進(jìn)一步發(fā)展為一系列的電化學(xué)生物傳感器。納米顆粒增強(qiáng)的電化學(xué)生物傳感器的應(yīng)用大大豐富了生物傳感器的研究?jī)?nèi)容。然而對(duì)于納米顆粒在這一體系之內(nèi)所起的具體作用（例如究竟利用的是納米

20、材料4 大效應(yīng)中的哪些效應(yīng) 還不是很清楚。本課題組針對(duì)這一問(wèn)題也進(jìn)行了一定的探 討。通過(guò)對(duì)一系列不同粒徑的納米顆粒修飾的葡萄糖生物傳感器和不同厚度的納米 二氧化硅膜修飾的生物傳感器的性能測(cè)試研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)于非金屬的納米顆粒而言，提 高傳感器響應(yīng)電流的途徑可能僅僅是通過(guò)增加比表面從而提高酶的有效負(fù)載量來(lái)實(shí) 現(xiàn)的37,38。而對(duì)于含有金屬納米顆粒的電化學(xué)生物傳感器，我們認(rèn)為金屬納米顆粒的存在 能夠起到加速電極上電子傳遞過(guò)程的作用，從而改變電極反應(yīng)規(guī)律39。這與其他課題組的結(jié)論相符14核酸適配體（aptamers是一小段經(jīng)體外篩選得到的寡核苷酸序列,能與相應(yīng)的配 體進(jìn)行高親和力和強(qiáng)特異性的結(jié)合。它的出

21、現(xiàn)為化學(xué)生物學(xué)界和生物醫(yī)學(xué)界提供了 一種新的高效快速識(shí)別的研究平臺(tái),并在許多方面展示了良好的應(yīng)用前景40。鄭靜等41利用金納米顆粒標(biāo)記的核酸適配體以及被固定在磁性納米顆粒上的核酸適配體與凝血酶蛋白同時(shí)結(jié)合形成磁性顆粒P凝血酶P納米金膠的三明治結(jié),#212#化學(xué)進(jìn)展第21卷電極表面,通過(guò)檢測(cè)電極上金膠的電化學(xué)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)凝血酶靶蛋白的檢測(cè)。這 種生物傳感器對(duì)凝血酶蛋白具有很高的特異性識(shí)別能力 ，其檢測(cè)不受其他蛋白質(zhì)如 牛血清白蛋白等存在的干擾，可應(yīng)用于實(shí)際血漿中凝血酶的檢測(cè)。在量子點(diǎn)電化學(xué)生物傳感器方面，Liu等42利用碳納米管和碲化鎘量子點(diǎn)的協(xié)同效應(yīng)研制了檢測(cè)葡萄糖氧化酶的電化學(xué)生物 傳感器。

22、該傳感器可檢測(cè)到峰形很好的葡萄糖氧化酶的氧化還原信號(hào)，與單獨(dú)的碲化鎘量子點(diǎn)或碳納米管修飾電極相比，該生物傳感器在靈敏度及穩(wěn)定性方面均有顯 著改善。Jie等43研究了水溶性CdS納米晶的電致化學(xué)發(fā)光(EC L。通過(guò)自組裝與金納米顆粒放大技術(shù)研制成一種新型的納米量子點(diǎn)非標(biāo) 記型ECL生物傳感器，具有重現(xiàn)性好、響應(yīng)速度快和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。該課題組 還利用硒化鎘納米晶與碳納米管復(fù)合制備了無(wú)標(biāo)記的EC L免疫傳感器，對(duì)人抗體的檢測(cè)極限低至 01001 ng ml -144。雖然量子點(diǎn)與生物大分子共價(jià)結(jié)合后能實(shí)現(xiàn)超敏感的生物檢測(cè)，但是因?yàn)榱孔?點(diǎn)本身是一種有效的熒光標(biāo)記物，所以量子點(diǎn)在電化學(xué)生物傳感器中的

23、應(yīng)用不如在 結(jié)合熒光分析類的傳感器中應(yīng)用廣泛。Varsh ney 等45把抗體與磁性納米粒子的組合體系與微電極陣列耦合在一起，制備了能夠快速、特異檢測(cè)食品中大腸桿菌的阻 抗型傳感器，對(duì)大腸桿菌的檢測(cè)極限低至714104C FU ml -1為了實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)細(xì)菌的檢測(cè)，Lu等46經(jīng)由lift 2of f過(guò)程，把厚度為100nm的金膜制成微電極陣列，在該電極上固定 抗體后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)埃希氏菌的電流檢測(cè)，并且可實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)菌的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。納米顆粒修飾的生物傳感器是最有發(fā)展前景的傳感器之一。納米顆粒種類多，制備和形貌控制方法較為完善，與不同的生物相容材料組合而成的修飾電極，在生物 傳感器領(lǐng)域必將發(fā)揮越來(lái)越大的

24、作用。21312納米棒、納米線電化學(xué)生物傳感器一維納米材料中氧化鋅納米棒既具有高的表面能和良好的生物相容性，又有良好的電學(xué)和光學(xué)特性,其應(yīng)用備受矚目47。Z hang等48用氣相沉積法制備了氧化鋅納米棒，并在其上直接固定尿酸氧化酶，構(gòu)成了新型 無(wú)電子媒介體的傳感器，具有獨(dú)特的熱力學(xué)穩(wěn)定性。接電子轉(zhuǎn)移一直是生物傳感器領(lǐng)域一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)研究工作。Willner等49利用共價(jià)結(jié)合在金電極上的吡咯喹啉苯醌（PQQ單分子層制備了酶電極,PQ Q作為分子導(dǎo)線在酶的活性 中心和金電極之間傳遞電子。這可認(rèn)為是納米線傳感器的早期形式之一。Rakitin等50的研究發(fā)現(xiàn)鋅、鎳、鉆等離子能夠進(jìn)入 D NA雙螺旋的中

25、心，在一定條件下可 以穩(wěn)定D NA含有金屬離子的狀態(tài),獲得了導(dǎo)電的D NA電線。此類金屬化的D N A仍然保持選擇性結(jié)合其他分子的能力，利用該特點(diǎn)，可以開(kāi)發(fā)各種遺傳畸變探測(cè)生 物傳感器。Yi等51利用硼摻雜硅納米線（SiN Ws ,制作了一種基于電流測(cè)量的小型、快速、靈敏度高的實(shí)時(shí)檢測(cè)生物和化學(xué)樣品的傳感器。Curreli等52利用In 20 3納米線構(gòu)造了一種可對(duì)靶點(diǎn) D N A檢測(cè)的生物傳感器。Hahm等53利用p型Si納米線制備了可對(duì)D N A進(jìn)行檢測(cè)的電化學(xué)D NA傳感器,該傳感 器檢測(cè)限可達(dá)到10f M。Sabahudin等54通過(guò)電化學(xué)刻蝕和電化學(xué)共沉淀固定化酶,制備了單根納米鉑

26、絲生物傳感器，在對(duì)葡萄糖含量的檢測(cè)中背景電流低于110-12A,響應(yīng)時(shí)間僅為2s,檢測(cè)下限達(dá)到20L M。此種傳感器可用于監(jiān)測(cè)單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的生物 物質(zhì)（如腎上腺素、復(fù)合胺等，可用于單細(xì)胞行為研究和生理學(xué)研究。由于納米線 材料的廣泛應(yīng)用前景，相關(guān)研究工作還在不斷推進(jìn)之中55。21313碳納米材料生物傳感器碳納米管（C N T所表現(xiàn)出的許多優(yōu)良的物理性能使得對(duì)CN T修飾材料的研究成為目前電化學(xué)生物傳感器領(lǐng)域備受關(guān)注的前沿課題之一15,56。但是,CNT是由成千上萬(wàn)處于芳香不定域系統(tǒng)中的碳原子組成的大分子，幾乎不溶于任何溶劑，而且在溶液中容易聚集成束，這就限制了對(duì)其化學(xué)性質(zhì)方面的研究， 也難于將它納

27、入生物體系，大大限制了 CNT在各方面的應(yīng)用。許多研究工作就是 從改進(jìn)碳管的溶解性開(kāi)始的。把碳納米管分散于 Nafio n、殼聚糖等高聚物的溶液 中修飾玻碳電極制備的生物傳感器，可大大提高了傳感器的響應(yīng)靈敏度和抗干擾能 力。Wang等57首先把碳納米管分散到Nafion溶液中,制備了抗干擾能力突出的電流型生物傳感器。Hrapovic 等58把碳納米管分散到Nafion溶液中，與直徑為2 3nm的鉑納米顆粒復(fù)合之后修飾 玻碳電極,制備了電化學(xué)葡萄糖傳感器。這種 G C P C NT P Pt nano P G O x傳感器 對(duì)葡萄糖具有很高的響應(yīng)速度和靈 5#213#第1期楊海朋等 納米電化學(xué)生

28、物傳感器響應(yīng)關(guān)系,靈敏度高達(dá)2111L A #m M -1,檢測(cè)極限可達(dá)015L M。Z hang等59把碳納米管分散到殼聚糖溶液中，得到了一個(gè)具有良好生物相容性的制備生物 傳感器的平臺(tái)。Liu等60在殼聚糖2碳納米管體系中固定葡萄糖氧化酶，觀察到了酶和電極之間直接電 子轉(zhuǎn)移的證據(jù)，得到了具有良好性能的葡萄糖傳感器。張凌燕等61利用層層組裝技術(shù)，將多壁碳納米管P辣根過(guò)氧化物酶P納米金固定在玻碳電 極表面,制得了靈敏度高、穩(wěn)定性好的過(guò)氧化氫生物傳感器。段大雪等62借助碳納米管以及鉑納米顆粒制備了檢測(cè)葡萄糖的生物傳感器，該傳感器穩(wěn)定 性好、響應(yīng)速度快。Zeng 等63用多氨基枝狀化合物修飾多壁碳納

29、米管,制備了高效的葡萄糖生物傳感器。該課題組還把亞鐵氰化鉆與碳納米管和殼聚糖組裝起來(lái)，利用碳納米管極佳的電子轉(zhuǎn)移能力，大大提高了亞鐵氰化鉆的氧 化還原活性，制備的葡萄糖生物傳感器可以在-012V電壓下工作，避免了溶液中電活 性物質(zhì)的干擾64。M anesh等65采用靜電紡絲的方法，把包裹了多壁碳納米管的聚陽(yáng)離子電解質(zhì)（PD D A和聚甲基丙烯酸甲酯制成納米 纖維膜,在膜上固定葡萄糖氧化酶得到了一種新型的葡萄糖傳感器，具有很寬的線性范圍和良好的選擇性、穩(wěn)定性及重復(fù)使用性能。本課題組把碳納米管分散到B 2環(huán)糊精聚合物中，也得到了穩(wěn)定的葡萄糖生物傳感器。納米碳纖維具有和碳納米管相似的機(jī)械強(qiáng)度和電學(xué)性

30、能，也被廣泛用于電化學(xué)生物傳感器的制備。Hua ng等66利用靜電紡絲技術(shù)和熱處理過(guò)程把鈀納米顆粒負(fù)載到碳納米纖維上。該復(fù)合體 系經(jīng)由電化學(xué)阻抗譜和循環(huán)伏安法證實(shí)具有很高的導(dǎo)電能力，并大大加快了電子轉(zhuǎn)移速率,所制備的過(guò)氧化氫傳感器在-012V工作電壓下檢測(cè)極限低至012L M。 21314納米陣列生物傳感器M iao 等67 利用化學(xué)和電化學(xué)方法使吡咯單體在模板孔隙中生長(zhǎng)，得到了與模板相應(yīng)結(jié)構(gòu)的聚吡咯微管。這種微管具有較大的比表面積，能容納大量的酶分子，并減少反應(yīng)物和 產(chǎn)物的擴(kuò)散障礙，有效地提高了酶電極的性能。Yang等68利用電沉積的方法在聚碳酸酯模板上制備了鉑納米陣列，鉑納米電極密度為51

31、08cm -2,所制備的葡萄糖傳感器線性范圍非常寬。Cha ng等69利用氧化鋁模板制備了導(dǎo)電聚苯胺納米管陣列，并把低聚核苷酸探針共價(jià)結(jié)合到管上，得到了具有極高 靈敏度的電化學(xué)D NA與上述陣列間距可控程度較差的納米陣列傳感器不同，Lin等70 72在鍍鉻的硅襯底上電沉積納米鎳粒子,用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在鎳納米粒子上生長(zhǎng)出了低密度碳納米管陣列(電極密度低至106c m -2。該陣列的突出優(yōu)點(diǎn)在于碳納米管之間的距離可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，間距可以達(dá)到5L m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳管的直徑，從而得到在實(shí)際測(cè)試中仍然保持微電極特性 的納米電極陣列。在此基礎(chǔ)上制備的低密度碳納米管陣列葡萄糖傳感器，顯示

32、了很高的選擇性和靈敏度。但是這種間距在大范圍內(nèi)可控的納米陣列制備過(guò)程較為復(fù)雜 至今尚未見(jiàn)到其他有關(guān)低密度納米陣列傳感器的報(bào)道。21315片狀、層狀納米材料生物傳感器層狀納米材料被認(rèn)為是固載生物分子最有潛力的材料之一73。以層狀材料為載體固載多種蛋白質(zhì)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于生物電化學(xué)和生物催化等領(lǐng)域74。Shan等75使用層狀雙氫氧化物黏土 (L D H固載蛋白質(zhì)構(gòu)建了生物傳感器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 這類傳感器具有很好的電催化性能，如高靈敏度和低米氏常數(shù)等。Z hang等76使用二氧化鈦納米片和HRP分子組裝而成的生物傳感器對(duì)過(guò)氧化氫表現(xiàn)出很 好的催化性能,其檢測(cè)限低、檢測(cè)范圍寬。Xiao等77利用二氧化

33、錳納米片固定HRP制備了酶?jìng)鞲衅?對(duì)過(guò)氧化氫的檢測(cè)極限低至 0121LM 。3結(jié)束語(yǔ)納米技術(shù)的介入為生物傳感器的發(fā)展提供了豐富的素材，納米電化學(xué)生物傳感 器在十多年發(fā)展中已經(jīng)顯示出了優(yōu)異的性能，具有巨大的生命力。納米電化學(xué)生物 傳感器具有選擇性好、靈敏度高及適于聯(lián)機(jī)化的優(yōu)點(diǎn)，并具有電分析化學(xué)不破壞測(cè)試體系、不受顏色影響和操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)?？梢灶A(yù)料，納米電化學(xué)生物傳感器將在疾病診斷、環(huán)境污染物在線監(jiān)測(cè)、食品安全和衛(wèi)生保健等諸多方面發(fā)揮重要作用。 納米電化學(xué)生物傳感器的發(fā)展需要不同學(xué)科背景的研究者通過(guò)相互交流來(lái)達(dá)到不斷 創(chuàng)新,最終發(fā)展出技術(shù)上能規(guī)模化生產(chǎn)、成本優(yōu)勢(shì)大、集檢測(cè)和分析等多種功能于 一體的

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