納米傳感器研究進展

THERESEARCHPROGRESSOFNANOSENSORS主講人：張書豪指導(dǎo)老師：金星龍納米技術(shù)和傳感技術(shù)的結(jié)合當(dāng)今納米技術(shù)的發(fā)展，不僅為傳感器提供了良好的敏感材料，例如納米粒子、納米管、納米線、納米薄膜等，而且為傳感器制作提供了許多新穎的構(gòu)思和方法，例如納米技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)STM，研究對象向納米尺度過渡的MEMS技術(shù)等。與傳統(tǒng)的傳感器相比，納米傳感器尺寸減小、精度提高等性能大大改善，更重要的是利用納米技術(shù)制作傳感器，是站在原子尺度上，從而極大地豐富了傳感器的理論，推動了傳感器的制作水平，拓寬了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域納米傳感器的分類按照納米材料結(jié)構(gòu)一、納米化學(xué)和生物傳感器；二、納米氣敏傳感器；三、其他類型的納米傳感器（壓力、溫度和流量等）；一、納米生物傳感器的分類按照納米材料結(jié)構(gòu)納米粒子；納米線；納米微管和多孔納米結(jié)構(gòu)；光纖納米生物傳感器；納米級微加工。納米技術(shù)引入化學(xué)和生物傳感器領(lǐng)域后,提高了化學(xué)和生物傳感器的檢測性能,并促發(fā)了新型的化學(xué)和生物傳感器。因為具有了亞微米的尺寸、換能器、探針或者納米微系統(tǒng),該種傳感器的化學(xué)和物理性質(zhì)和其對生物分子或細胞的檢測靈敏度大幅提高,檢測的反應(yīng)時間也得以縮短,并且可以實現(xiàn)高通量的實時檢測分析1、納米粒子將功能性納米顆粒（電學(xué)性、光學(xué)性和磁性）固定在生物大分子（多肽、蛋白和核酸）上聲波生物傳感器納米膠體修飾檢測分子引起石英晶體微天平的頻率改變的檢測原理示意圖光學(xué)生物傳感器光共振固定納米金屬顆粒引起反射光的共振加強熒光標(biāo)記定位腫瘤熒光湮滅基團金納米顆粒用于通用的熒光湮滅物的示意圖磁性生物傳感器

磁性材料標(biāo)記生物分子結(jié)合分子識別磁場分離和檢測電化學(xué)生物傳感器生物標(biāo)記膠體金生物分子固定硅納米顆粒催化劑載體金屬納米顆粒FETs類型半導(dǎo)體電子器件易于集成直接電信號輸出免標(biāo)記超高的靈敏度接近單分子水平應(yīng)用于檢測蛋白質(zhì)和DNA，A型流感病毒檢測限達到10-18M2、納米線PatolskyF.,LieberC.M.,MaterialsToday2005,8:20-283、納米微管和多孔納米結(jié)構(gòu)單壁碳納米管多壁碳納米管比表面積大；活性位點多；促進生物分子的電子傳遞作用；增加固定化生物分子的總量和生物活性SWNT表面固定葡萄糖氧化酶，酶的催化活性比普通碳電極高一個數(shù)量級；基于碳納米管的電致化學(xué)發(fā)光生物傳感器

檢測-胎蛋白碳納米管陣列生物傳感器鉑襯底上生長NWNT,作為電流計生物傳感器WohlstadterJ.N.,et.al.Adv.Mater.,2003,15:1184-1187SotiropoulouS.,et.al.,Biosens.Bioelectron.,2003,18:211-215納米多孔硅單晶硅進行電化學(xué)腐蝕；室溫下發(fā)射可見光；高比表面積500m2/cm3；與現(xiàn)有硅加工技術(shù)相容。表面固定寡核苷酸、生物素或抗體等識別分子，檢測光干涉和折射率的變化。

LinVS,MoteshareiK,DancilKS,etal.Science,1997,278:840-8434、光纖納米生物傳感器體積微小靈敏度高不受電磁場干擾，不需要參比器件插入細胞內(nèi)部，單細胞在線測量

拉制光纖末梢，并包上鋁衣或銀皮－表面抗體修飾－放在倒置顯微鏡的微定位系統(tǒng)中,進行細胞穿刺和檢測，PMT記錄產(chǎn)生的熒光

BPT苯并吡四醇最低檢出限10-21mol單細胞BPT含量檢測的納米光纖傳感器

DinhTV,AlarieJP,CullumBM,etal.,NationalBiotechnology,2000,18:764-7675、納米微加工技術(shù)集成電路制造工藝和方法光刻薄膜生長/沉積離子注入腐蝕和鍵合Nano-electromechanicalsystem(NEMS)納米微懸臂梁陣列生物傳感器納米微懸臂梁陣列生物傳感器的掃描電鏡圖表面固定具有不同識別性的分子，構(gòu)成陣列式傳感器McKendryR,ZhangJ,etal,ProcNatlAcadSciUSA,2002,99:9783~9788磁力爽放大狂懸臂移梁生饅物傳葵感器細胞很、蛋角白質(zhì)暑、毒扶素和DN未A檢測吧靈敏若度可艷達10-1秧8MBa絮se便lt蝴D森.R竄.,嘩Le囑e千G.姥U.貍,C濃ol脫to心n差R.控J.跡,J宣.V受ac柄.S云ci詠.T摧ec貪hn掛ol摟.B堵,1烈99扔6,憲14員:7瘋89寬-7飯93磁力逢放大暴懸臂務(wù)梁生華物傳趣感器摸的結(jié)元構(gòu)示訊意圖納米側(cè)生物委傳感軌器的理研究沃進展美國Ri懶ce大學(xué)阻的納穩(wěn)米光續(xù)學(xué)實捐驗室哪將一稠種被參稱為姻“納抖米星鴉”麻的微般小黃奪金顆負(fù)粒制判成有扭效的液化學(xué)攻感應(yīng)舍器。便“納脊米星您”纖匯集巴現(xiàn)在嫩正研砌究的勤光子桶顆粒藥的最盯好性鬼質(zhì),其表狗面的鄭每一師個顆頑粒都及有著雪唯一草的光劃譜信蘿號,初步下的測掩試表犧明這俊些信鞠號可嫁以用捕來確譯定納熄米星會的三捉維方天向,為開灰展三勺維分劣子檢段測工墓作打會下堅顛實的象基礎(chǔ)鍋。美國糕耶魯緞大學(xué)詳用傳載統(tǒng)方牢法研塘制出鄭一種暢簡易拖而敏有感的還硅材府料納旋米生茫物傳禿感器,這在堅理論廣上使喬納米誤傳感澇器可押以大叨量生家產(chǎn)。咐在抗戚體或龜者其抬它生慶物分向子上咬覆蓋碰了一號層直暫徑為30備nm的納負(fù)米線,使其總能夠才捕獲好特定激種類惰的蛋批白質(zhì)繡。中科杰院上蓮海應(yīng)皂用物傘理所告研制茂出一煮種新旬型的女電化睬學(xué)DN遮A納米次生物瓜傳感獻器,其特腫色是友通過禍對電諸極界棄面納殼米尺纖度的地精細站調(diào)控,同時拆引入橫金納常米粒絹子進富行電幣化學(xué)注信號死放大,從而腿顯著腹提高震了DN腳A檢測予的靈源敏度服。揚州五大學(xué)歲的納亭米Ca抹CO3固定件生物融分子求制備繩生物趨傳感筆器的襪方法,屬于插以無老機材太料納距米Ca兆CO3為載搜體固梁定蛋體白質(zhì)懼等生劃物分料子制保備生純物傳歡感器鞭的方益法。逗制備蹤蝶出的禽生物稈傳感喜器穩(wěn)伙定性搬好、歷靈敏梢度高思、重倡現(xiàn)性算好,而所懲需的誤生物照分子冶的量億少。二、壺納米孟氣敏懼傳感盞器氣敏怎傳感莊器上論和敏繞感氣渡體接變觸的辜表面淹附著積了一竿層納菊米涂抓層作漁為敏屑感材磁料，刃用于波改善弱傳感臉器的術(shù)靈敏凝度和動性能煤。用零使維的庫金屬拿氧化敗物半購導(dǎo)體閣納米讀顆粒淘、碳趣納米園管及幟二維億納米份薄膜垂等都戚可以爸作為匠敏感饅材料梯構(gòu)成市氣敏乓傳感嘴器。納米俗氣敏關(guān)傳感凈器的谷研究等中,主要字方向量之一甲是在期氣體垂環(huán)境承中依線靠敏漫感材做料的饑電導(dǎo)秩發(fā)生趣變化石來制劣作氣記敏傳雙感器渾。在能這些陣納米搞敏感準(zhǔn)材料頓中加盲入貴騾重金怎屬納斃米顆摔粒(例如Pt和Pd猜)候,大大烘增強箱了選妖擇性,提高意了靈糕敏度,降低菊了工側(cè)作溫濁度。納米痰氣體裙傳感帆器另滑一個局主要馬方向桐是用瘡多壁只納米捉管制素作氣堤敏傳侮感器位用多敬壁碳凝納米橡管制縫作氣欣敏傳園感器醫(yī)。碳虧納米笨管自19烤91年被鏟發(fā)現(xiàn)獎以來,其獨掙特的早性質(zhì)匠及制命備工除藝得扛到了攔廣泛鄰的研并究,而多稀壁碳鼻納米畝管具貓有一掘定的皮吸附紅特性,由于賤吸附狹的氣咱體分倆子與夫碳納弄米管肺發(fā)生剪相互庭作用,改變資其費活米能箭級引療起其杯宏觀混電阻足發(fā)生交較大貍改變,通過別檢測說其電嗓阻變普化來擺檢測秀氣體閃成分,可用偽作氣羞敏傳栽感器痛。納米膽氣敏領(lǐng)傳感稀器的延研究碌進展美國控研究刪人員輩研制石的“夕納米牽傳感垂器災(zāi)”能婦夠監(jiān)站測太設(shè)空飛碗船中彎的微凡量氣咽體。撿該納從米傳有感器彼由感評應(yīng)材頑料的匠微小獸的碳霧納米皮管構(gòu)烈成,能夠惑在太惕空環(huán)份境和啄發(fā)射常時的爽劇烈餐振動利和重幕力不忽斷變苗化中授完好輩保存落下來,能探才測到忠每一華種科盯學(xué)家京所期爪望探此測到療的化真學(xué)物禁質(zhì)。浴當(dāng)微杏小的問化學(xué)孩物質(zhì)鑼接觸澡到感桿應(yīng)材洋料后竟，它網(wǎng)將引池起某摧種化首學(xué)反矩應(yīng),導(dǎo)致堵流經(jīng)披傳感輪器的尋電流有放大?；蚩s號小。美國孩加利擠福尼辱亞大動學(xué)研坦制成誰功了錫一種由能夠青自動妻鑒定雨氣體育成份洪的“臭電子通鼻出”。戰(zhàn)其安嚴(yán)裝了配由只呀有2m悼m2的傳土感芯誘片,芯片謠上集耍成的刃傳感疊器有膛大量向碳納封米管靠組成,能夠福捕捉途到化診驗對瘦象中鉤的各拐種氣驗體分佛子。兔而傳送感器為獲得譜的有獸關(guān)被狐測氣壞體的仍信息彩將傳韻遞給鼓計算雁機進蘋行分摟析,從而宴得出有氣體跡的具灘體成騙份,可投卻入批奪量生丸產(chǎn)且凡價格膽便宜補。三、笨其他黎類型尖納米鋤傳感顏器（1）電討阻應(yīng)倒變式鑄納米索壓力繪傳感勉器,這種嶺電阻蟻應(yīng)變足式納期米膜鍋壓力但傳感漏器,測量糟精度標(biāo)和靈憂敏度宏高、目體積周小、掙重量誼輕、于安裝押維護禿方便,可穩(wěn)斑定和隆可靠棕的測尚量壓懂力參燭數(shù)（2）利圍用一灣些納情米材絕料的桂巨磁籍阻效軟應(yīng),已經(jīng)黃研制盾出了外各種顏納米烈磁敏班傳感載器（3）在斧光纖旺傳感梨器基嗓礎(chǔ)上漆發(fā)展竊起來該的納老米光期纖生危物傳弓感器,不但嚷具有拾光纖到傳感成器的披優(yōu)點,而且欣由于場這種濱傳感暑器的點尺寸炎只取妹決于沿探針據(jù)的大供小,大大規(guī)減小助了測貪微傳杜感器珠的體睡積,響應(yīng)軟時間余大大張縮短,滿足膽了測晨量要躬求實駁現(xiàn)的輔微創(chuàng)嚇實時撒動態(tài)猛測量跪。其他困類型立納米想傳感雀器研啟究進年展美國匪近年敞在納酷米基