1、一維ZnO納米材料的制備及其在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用一維Zn納米材料的制備及其在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用傳感器是一種能間接獲知外部世界信息的器件或系統(tǒng)，可用來作為人類感知器官的功能擴(kuò)展和延伸。在人類文明進(jìn)步論文聯(lián)盟開展的過程中，傳感器逐漸被用于探究人類感官無法直接企及的宏觀世界及微觀世界領(lǐng)域。生物傳感技術(shù)是一門由生物、物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科互相浸透成長(zhǎng)起來的高新科技，無論在科學(xué)研究還是工業(yè)消費(fèi)中都起著重要作用，是當(dāng)代傳感技術(shù)研究領(lǐng)域最活潑的內(nèi)容之一。納米材料具有許多奇特的性能，如小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、外表效應(yīng)等。近些年來，將納米材料引入生物傳感器中以進(jìn)步其靈敏度和穩(wěn)定性成為人們

2、研究的熱點(diǎn)。作為一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，無論在信息、光電及傳感領(lǐng)域Zn都有著廣泛的應(yīng)用前景。其在室溫下的禁帶寬度為3.37eV，而激子束縛能甚至高達(dá)60eV。專業(yè)領(lǐng)域?qū)⒓{米線和納米管稱為一維納米構(gòu)造，研究發(fā)現(xiàn)一維Zn0納米構(gòu)造具有無毒性、比外表積大、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在此根底上還具有良好的生物降解性和生物兼容性1。這意味著一維Zn納米材料將逐漸從實(shí)驗(yàn)室中的根底研究走向應(yīng)用。1一維Zn納米材料的制備作為納米技術(shù)的底層根底，納米材料的制備方法至關(guān)重要。對(duì)于一維Zn0納米材料的制備，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的方法主要為氣相法和液相法。由于一維納米材料消費(fèi)取向、形貌及長(zhǎng)度一致，又被稱為一維納米列陣構(gòu)造

3、。除了擁有納米根本的單元特性外，它還具有組合而引發(fā)的新效應(yīng)，如量子耦合。因此，其制備方法與普通納米材料的制備相比，在完好性及功能性上要求更高。1.1氣相法氣相法是指直接利用氣體或其他手段將物質(zhì)變?yōu)闅鈶B(tài)，使之發(fā)生物理或化學(xué)反響，最后在冷卻過程中凝聚形成納米微粒的方法。其中使用較多的為直接熱蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法。直接熱蒸發(fā)法的原理較為簡(jiǎn)單：首先高溫蒸發(fā)源物質(zhì)使其變?yōu)闅鈶B(tài)，然后利用冷卻裝置將氣體凝結(jié)成納米微粒，最后將納米微粒有規(guī)律的排列生長(zhǎng)成一維納米材料。利用此方法制備一維Zn0納米材料具有過程平安、不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，但是較難控制其微粒的直徑大校相比之下，化學(xué)氣相沉

4、積法由于在過程中涉及到化學(xué)變化，因此可通過調(diào)節(jié)溫度、壓強(qiáng)、催化劑等參數(shù)對(duì)一維Zn0納米材料的形貌、尺寸、取向進(jìn)展有效控制，使材料的制備過程更加靈敏可控2。區(qū)別于前兩種方法，金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法所采用的反響源為金屬有機(jī)化合物，無論是對(duì)溫度的控制還是對(duì)反響物的控制都更加準(zhǔn)確，利用此方法制備的一維Zn0納米材料的形態(tài)和取向性更好，同時(shí)防止了雜質(zhì)的污染。但由于該方法的設(shè)備昂貴，增加了本錢不利于大規(guī)模消費(fèi)?？偠灾?，利用氣相法制備一維Zn0納米材料，無論在形貌的控制力上還是對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)上都具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，是具有代表性的制備的一維Zn0納米材料的方法。1.2液相法液相法是選擇一種或多種可溶性金屬鹽類

5、，按所制備材料的組成計(jì)量配制成溶液，使各元素呈離子或分子態(tài)，再通過蒸發(fā)、升華、水解等操作，使金屬離子均勻沉淀或結(jié)晶出來，最后將沉淀或結(jié)晶的離子脫水或者加熱分解而形成納米微粒的方法。對(duì)于一維Zn0納米材料的制備常采用的是水熱法、電化學(xué)合成法和熱分解前驅(qū)物法。水熱法是一種采用水或其他溶劑作為介質(zhì)，在高溫高壓的環(huán)境中發(fā)生化學(xué)反響，使物質(zhì)在溶液中結(jié)晶為納米顆粒的方法。此方法具有條件簡(jiǎn)單、反響穩(wěn)定、合成溫度偏低的優(yōu)點(diǎn)，是目前制備高質(zhì)量一維Zn0納米材料最常用的方法之一。電化學(xué)合成法是指在導(dǎo)電玻璃、硅片或其他基底上，將鋅鹽溶液通以恒電流從而沉積Zn0納米顆粒的過程。它利用的是氧化復(fù)原反響，由于可以調(diào)節(jié)鋅鹽

6、溶液的濃度及弱堿程度，從而易于形成所需各種形貌及尺寸的一維Zn0納米材料。此方法較具有操作簡(jiǎn)單、能耗低、過程可靠并且易于自動(dòng)化管理的優(yōu)勢(shì)，是合成一維Zn0納米材料的一種經(jīng)濟(jì)有效的方式。熱分解前驅(qū)物法是將固體反響物充分研磨，然后通過參加適量的外表活性劑，在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪簭?qiáng)下使其分解獲得一維納米陣列。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單便于操作，關(guān)鍵在于外表活性劑的選擇和反響條件的控制。相比于氣相法，液相法的主要優(yōu)勢(shì)是設(shè)備簡(jiǎn)單、過程平安、制備的納米列陣取向性好，從而具有相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)化前景。2一維Zn納米材料在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用使用納米Zn0制備的生物傳感器與一般的生物傳感器構(gòu)造相似，都是由充當(dāng)轉(zhuǎn)換器的一維Zn0納米構(gòu)造和

7、具有分子識(shí)別功能的生物敏感膜構(gòu)成。我們可以利用其生物兼容性及高的外表體積比制成高靈敏度的生物傳感器；此外，還可以利用其納米線比外表積大、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)制成具有特殊功能的生物傳感器。2.1葡萄糖酶?jìng)鞲衅髌咸烟巧飩鞲衅饕话阌糜跈z測(cè)葡萄糖的濃度。決定此傳感器性能的關(guān)鍵在于葡萄糖氧化酶生物活性的保持和酶在電極上的固定程度。一維Zn0納米材料具有很高的電子傳輸速率，并且其等電點(diǎn)高于葡萄糖氧化酶的等電點(diǎn)。因此可通過將葡萄糖氧化酶通過靜電作用牢牢的固定在納米材料的外表。同時(shí)，這種傳感器還可以很好保持葡萄糖氧化酶的生物活性，使探測(cè)效果更為準(zhǔn)確。Zhang3等曾按照此種方法利用Zn0納米線性陣列固定葡萄糖

8、氧化酶，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得該傳感器的靈敏度高達(dá)23.1A-2-1，而探測(cè)時(shí)間僅為5S。2.2生物蛋白質(zhì)傳感器眾所周知，蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基矗蛋白質(zhì)傳感器可用于分析蛋白質(zhì)與其他物質(zhì)分子間的互相作用，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有很重要的地位。hen等4曾通過論文聯(lián)盟電化學(xué)合成法在熱塑性聚胺酯上生長(zhǎng)一維Zn0納米陣列，并使用二疏基丁二酸對(duì)其外表進(jìn)展修飾，從而使生物蛋白質(zhì)更好的與Zn0納米棒結(jié)合。另外，沒有采用傳統(tǒng)的電化學(xué)和染色的檢測(cè)方法，而是利用光致發(fā)光譜檢測(cè)Zn0與蛋白質(zhì)分子結(jié)合后光學(xué)性質(zhì)的變化，從而對(duì)樣品的生物性能進(jìn)展分析。為了研究電極修飾后的電流響應(yīng)變化，張成林等5制備了以Zn0納米棒修飾的玻碳電極，通過研究血紅

9、蛋白在該電極上的電化學(xué)反響過程發(fā)現(xiàn)其在修飾后的電極上具有良好的電流相應(yīng)過程，并且響應(yīng)電流與樣品濃度之間呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，如圖1所示。由此可見，一維納米構(gòu)造的外表修飾可增加響應(yīng)電流的強(qiáng)度從而進(jìn)步傳感器的靈敏度。圖1血紅蛋白(HB)在Zn0玻碳電極上的電流響應(yīng)曲線2.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器是將電子工藝與生物技術(shù)相結(jié)合的新型傳感器。它主要由感受器和場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，感受器主要用于分子識(shí)別，而場(chǎng)效應(yīng)管那么起著信號(hào)轉(zhuǎn)換的作用。ang6等利用Zn0納米棒作為感受器的敏感膜，并對(duì)其構(gòu)造進(jìn)展了改進(jìn)，將傳感器的源極和漏極置于2厚的聚甲基丙烯酸甲酯中。通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，溶液中的電流滲漏明顯降低，從而進(jìn)步了傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性。此類傳感器可用于藥物含量的測(cè)定及新型藥物的開發(fā)。3結(jié)論本文給出了近年來制備一維Zn0納米材料的主流方法并對(duì)其在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展了研究及探究。結(jié)果說明，基于其其良好的生物兼容性及較高的激子束縛能，一維Zn0納米材料可直接或間接應(yīng)用于生物傳感領(lǐng)域。引入一維Zn0納米構(gòu)造后，傳感器的靈敏度、使用時(shí)