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纳米传感器研究进展

THERESEARCHPROGRESSOFNANOSENSORS主讲人：张书豪指导老师：金星龙

纳米技术和传感技术的结合当今纳米技术的发展，不仅为传感器提供了良好的敏感材料，例如纳米粒子、纳米管、纳米线、纳米薄膜等，而且为传感器制作提供了许多新颖的构思和方法，例如纳米技术中的关键技术STM，研究对象向纳米尺度过渡的MEMS技术等。与传统的传感器相比，纳米传感器尺寸减小、精度提高等性能大大改善，更重要的是利用纳米技术制作传感器，是站在原子尺度上，从而极大地丰富了传感器的理论，推动了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域

纳米传感器的分类纳米气敏传感器；纳米化学和生物传感器；其他类型的纳米传感器（压力、温度和流量等）；按照纳米材料结构

一、纳米生物传感器的分类按照纳米材料结构纳米粒子；纳米线；纳米微管和多孔纳米结构；光纤纳米生物传感器；01纳米级微加工。02

纳米技术引入化学和生物传感器领域后,提高了化学和生物传感器的检测性能,并促发了新型的化学和生物传感器。因为具有了亚微米的尺寸、换能器、探针或者纳米微系统,该种传感器的化学和物理性质和其对生物分子或细胞的检测灵敏度大幅提高,检测的反应时间也得以缩短,并且可以实现高通量的实时检测分析

纳米胶体修饰检测分子引起石英晶体微天平的频率改变的检测原理示意图将功能性纳米颗粒（电学性、光学性和磁性）固定在生物大分子（多肽、蛋白和核酸）上声波生物传感器

光学生物传感器光共振固定纳米金属颗粒引起反射光的共振加强荧光标记定位肿瘤荧光湮灭基团金纳米颗粒用于通用的荧光湮灭物的示意图

结合分子识别磁场分离和检测磁性生物传感器磁性材料标记生物分子生物标记胶体金生物分子固定硅纳米颗粒催化剂载体金属纳米颗粒电化学生物传感器

FETs类型半导体电子器件易于集成直接电信号输出免标记超高的灵敏度接近单分子水平应用于检测蛋白质和DNA，A型流感病毒检测限达到10-18MPatolskyF.,LieberC.M.,MaterialsToday2005,8:20-28

3、纳米微管和多孔纳米结构单壁碳纳米管多壁碳纳米管比表面积大；活性位点多；促进生物分子的电子传递作用；增加固定化生物分子的总量和生物活性12

SWNT表面固定葡萄糖氧化酶，酶的催化活性比普通碳电极高一个数量级；基于碳纳米管的电致化学发光生物传感器检测?-胎蛋白碳纳米管阵列生物传感器铂衬底上生长NWNT,作为电流计生物传感器WohlstadterJ.N.,et.al.Adv.Mater.,2003,15:1184-1187SotiropoulouS.,et.al.,Biosens.Bioelectron.,2003,18:211-215

纳米多孔硅单晶硅进行电化学腐蚀；室温下发射可见光；高比表面积500m2/cm3；与现有硅加工技术相容。表面固定寡核苷酸、生物素或抗体等识别分子，检测光干涉和折射率的变化。LinVS,MoteshareiK,DancilKS,etal.Science,1997,278:840-843

体积微小灵敏度高不受电磁场干扰，不需要参比器件插入细胞内部，单细胞在线测量拉制光纤末梢，并包上铝衣或银皮－表面抗体修饰－放在倒置显微镜的微定位系统中,进行细胞穿刺和检测，PMT记录产生的荧光BPT苯并吡四醇最低检出限10-21mol单细胞BPT含量检测的纳米光纤传感器DinhTV,AlarieJP,CullumBM,etal.,NationalBiotechnology,2000,18:764-767

5、纳米微加工技术集成电路制造工艺和方法光刻薄膜生长/沉积离子注入腐蚀和键合Nano-electromechanicalsystem(NEMS)

纳米微悬臂梁阵列生物传感器的扫描电镜图表面固定具有不同识别性的分子，构成阵列式传感器McKendryR,ZhangJ,etal,ProcNatlAcadSciUSA,2002,99:9783~9788

磁力放大悬臂梁生物传感器细胞、蛋白质、毒素和DNA检测灵敏度可达10-18MBaseltD.R.,LeeG.U.,ColtonR.J.,J.Vac.Sci.Technol.B,1996,14:789-793磁力放大悬臂梁生物传感器的结构示意图

纳米生物传感器的研究进展美国Rice大学的纳米光学实验室将一种被称为“纳米星”的微小黄金颗粒制成有效的化学感应器。“纳米星”汇集现在正研究的光子颗