文档介绍：生物传感型核壳纳米颗粒的制备与应用
作者:罗洁曾光明汤琳尹娟黎媛萍
STRONG【摘要】/STRONG近年来纳米材料在各领域已受到人们越来越广泛的关注,尤其是核壳型纳米颗粒的制备技术在不断更新fazhan发展,在生物传感器方面有着巨大的应用前景。本文重点介绍了生物传感型核壳颗粒的工作原理、制备方法及其在电化学生物传感器、光学生物传感器以及压电晶体生物传感器上的最新应用进展。
STRONG【关键词】/STRONG核壳,纳米颗粒,制备,生物传感器,评述
STRONG 1引言
/STRONG
纳米技术是20世纪80年代末崛起的新技术,在材料、光学、化工、医药、环境保护等诸多领域得到广泛的应用[1]。纳米颗粒是指尺寸在1~100nm之间的粒子,它是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群,介于宏观物质和微观原子与分子中间的领域,是一种典型的介观系统。其特殊的结构导致它具有许多独特的性质,如表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。传感器追求微型化、灵敏度高、响应速度快[2],纳米颗粒的特点满足了这些要求,而核壳结构的纳米颗粒可以进一步提高纳米材料的性能,广阔的复合空间与纳米粒子独特性能的结合,使粒子复合技术成为材料领域的又一亮点。核壳部分可由多种材料组成,包括高分子、无机物和金属等。包覆在外面的壳层材料可改变颗粒的光、电、磁等物理性质,在生物传感器领域有着广泛的应用前景。
STRONG2生物传感型核壳结构纳米颗粒工作原理
/STRONG
核壳结构的纳米颗粒具有比表面积大、良好的生物相容性以及电催化性等优良的性质,在应用于生物传感器时体现了其优越的适用性。核壳纳米颗粒在生物传感器应用主要有几种形式:构建活性界面用于固定生物材料;作为标记物应用于传感器等。
核壳颗粒具有保持生物组分活性的性质,而且能加快生物分子与电极表面之间的dianzijixie电子转移,可提供固定生物材料的活性界面(如图1)。图1中将抗体固定在核壳颗粒上,再与特异性抗原结合。DNA以及酶等生物分子在检测等过程中极易失活,而固定在核壳颗粒上,核壳颗粒结合了不同材料的优点,不仅具有良好的生物相容性,保持其生物活性,且比用其中一种材料修饰的检测信号更强。Feng等[3]将CeO2/壳聚糖组合矩阵首次应用于单链DNA探针的固定,组成的生物传感器具有无毒性以及高的电子传导率,加强了单链DNA探针在电极表面的负载,用于结肠直肠癌基因的检测。Marcos等[4]在核壳颗粒上固定肽核酸(PNA),特异性地与互补DNA杂交。Tang等[5]用磁性核壳纳米颗粒(Fe3O4/SiO2)构建界面固定漆酶,构造电化学生物传感器来检测堆肥中苯磷二酚,核壳颗粒良好地保持了漆酶的活性。Yang等[6]用逐层自组装的方法制备了碳纳米管/壳聚糖复合材料,并将胆固醇氧化酶固定在电极上,设计了一种用来检测胆固醇浓度的生物传感器。纳米复合颗粒大幅度提高了固定化酶的催化活性,增加电极的电流响应灵敏度,改进生物传感器的抗干扰性能。
图1核壳颗粒作为活性界面(略)
在将核壳纳米颗粒用于生物传感器构建过程中,关键是如何将生物材料(酶、抗原、抗体、生物组织、细胞、DNA等)稳定地、高活性地固定到传感换能器(基体电极、晶振片、光极等)表面,提高和改善生物传感器的测定重复性、灵敏度、线性范围、检出限及使用寿命等特性。常用于将生物材料固定在传感换能器表面的主要方法有吸附固定法、包埋法、交联法、共价键合法及定向固定法等。
对核壳纳米粒子作为标记物的检测方法主要有分光光度法、荧光分析法和电化学分析法。分光光度法是根据纳米粒子标记DNA探针在分子杂交反应前后最大吸收波长的变化进行测定。由于纳米粒子的激发光谱宽,且连续分布,而发射光谱呈对称分布且宽度窄,颜色可调,即不同大小的纳米粒子能被单一波长的光激发而发出不同颜色的光,并且光稳定性高,不易降解,所以可用荧光分析法对纳米粒子标记物进行测定。电化学分析法是一种新的检测纳米粒子标记物的方法。由于所用纳米粒子多为金属微粒或半导体纳米材料,根据组成纳米粒子的金属不同,其相应的氧化还原电位也不相同,可以通过对纳米粒子标记物中的金属含量的测定,达到对纳米粒子标记物的测定的目的。常用的电化学手段有循环伏安法、溶出伏安法、差分脉冲伏安法等。
Cai等[7]在壳聚糖修饰的电极上修饰ssDNA,与金纳米粒子标记的寡核苷酸探针杂交,加入银纳米的修饰剂,在金表面在线沉积纳米银,得到银包裹的金纳米粒子,利用高灵敏度的微分脉冲伏安法检测银,从而使检测ssDNA的灵敏度提高了2个数量级,检出限