生物医学传感纳米生物传感器精选课件.ppt

关于生物医学传感纳米生物传感器第一页，本课件共有62页2022/12/112Company Logon n 纳米技术纳米技术纳米技术纳米技术和和和和生物技术生物技术生物技术生物技术是是是是21212121世纪的两大领先技术世纪的两大领先技术世纪的两大领先技术世纪的两大领先技术 纳米生物传感技术纳米生物传感技术纳米生物传感技术纳米生物传感技术成为一种新兴产业。成为一种新兴产业。成为一种新兴产业。成为一种新兴产业。n n 纳米尺寸既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统纳米尺寸既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统纳米尺寸既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统纳米尺寸既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，因此有着独，因此有着独，因此有着独，因此有着独特的化学性质和物理性质，如特的化学性质和物理性质，如特的化学性质和物理性质，如特的化学性质和物理性质，如表面效应、微尺寸效应、量子效应和表面效应、微尺寸效应、量子效应和表面效应、微尺寸效应、量子效应和表面效应、微尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等宏观量子隧道效应等宏观量子隧道效应等宏观量子隧道效应等，呈现出常规材料不具备的优越性能。，呈现出常规材料不具备的优越性能。，呈现出常规材料不具备的优越性能。，呈现出常规材料不具备的优越性能。一、背一、背 景景第二页，本课件共有62页2022/12/113n 纳米生物传感器是将纳米材料作为一种新型的生物传纳米生物传感器是将纳米材料作为一种新型的生物传感介质，与传统的传感器相比，具有感介质，与传统的传感器相比，具有体积更小、速度更体积更小、速度更体积更小、速度更体积更小、速度更快、而且精度更高、可靠性更好快、而且精度更高、可靠性更好快、而且精度更高、可靠性更好快、而且精度更高、可靠性更好的优点。的优点。纳米技术引入生物传感器领域后，纳米技术引入生物传感器领域后，提高了生物传提高了生物传感器的灵敏度和其它性能，并促进了新型的生物传感器感器的灵敏度和其它性能，并促进了新型的生物传感器的发展的发展。因为具有了亚微米尺寸的换能器、探针或者纳。因为具有了亚微米尺寸的换能器、探针或者纳米微系统，生物传感器的各种性能大幅提高。但米微系统，生物传感器的各种性能大幅提高。但纳米生纳米生物传感器正处于起步阶段，目前仍有大量的工作需要进物传感器正处于起步阶段，目前仍有大量的工作需要进行行。第三页，本课件共有62页2022/12/114二、二、纳米材料介绍纳米材料介绍纳米材料纳米材料纳米材料纳米材料是指由尺寸小于是指由尺寸小于100nm100nm（0.1-100nm0.1-100nm）的）的超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维材超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维材料或由它们作为基本单元构成的三维材料的总称。料或由它们作为基本单元构成的三维材料的总称。纳米无创注射器纳米无创注射器纳米管阵列纳米管阵列第四页，本课件共有62页2022/12/115第五页，本课件共有62页2022/12/116 荷叶表面上有一些微小的蜡质颗粒荷叶表面上有一些微小的蜡质颗粒,并且覆盖着无数并且覆盖着无数尺寸约尺寸约1010个微米的突包个微米的突包,每个突包的表面又布满了直径仅每个突包的表面又布满了直径仅为几百纳米的更细的绒毛。为几百纳米的更细的绒毛。这种特性可以应用在这种特性可以应用在玻璃上或是战机的雷达上。玻璃上或是战机的雷达上。自然界中的纳米结构自然界中的纳米结构 第六页，本课件共有62页2022/12/117 飞檐走壁的壁虎 在现实生活中在现实生活中,我们可以制造出抓地更牢的运动鞋我们可以制造出抓地更牢的运动鞋,可以制可以制作雨雪环境中不再打滑的汽车轮胎。而在影视剧拍摄中作雨雪环境中不再打滑的汽车轮胎。而在影视剧拍摄中,演演员们可以告别工作室里的电脑员们可以告别工作室里的电脑,真正在摩天大楼的玻璃幕墙上一真正在摩天大楼的玻璃幕墙上一展身手。据此开发出的空间探测用攀爬型机器人展身手。据此开发出的空间探测用攀爬型机器人,无论在什么恶劣的无论在什么恶劣的条件下都可以在太空飞行器的外表面行走条件下都可以在太空飞行器的外表面行走,给飞行器进行给飞行器进行“体检体检”。第七页，本课件共有62页2022/12/118“上善若水”的水黾超疏水特性超疏水特性(超强的不沾水的特性超强的不沾水的特性)第八页，本课件共有62页2022/12/119 水黾腿部上有数千根水黾腿部上有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸的刚毛按同一方向排列的多层微米尺寸的刚毛。这些像针。这些像针一样的一样的微米刚毛的表面上形成螺旋状纳米结构的构槽微米刚毛的表面上形成螺旋状纳米结构的构槽,吸附在构槽中的气吸附在构槽中的气泡形成气垫。泡形成气垫。第九页，本课件共有62页2022/12/1110 五彩斑斓的蝴蝶 纳米结构纳米结构:光子晶体光子晶体,通过这种结构通过这种结构,蝴蝶翅膀能捕捉光线。仅让某种波长蝴蝶翅膀能捕捉光线。仅让某种波长的光线透过的光线透过,这便决定了不同的颜色。这便决定了不同的颜色。第十页，本课件共有62页2022/12/1111利用“罗盘”定位的蜜蜂 利用在磁性纳米粒子中存储的图像来判明方向利用在磁性纳米粒子中存储的图像来判明方向。第十一页，本课件共有62页2022/12/1112 蛛丝指路线、安全绳、滑翔索指路线、安全绳、滑翔索。第十二页，本课件共有62页2022/12/11131.1.表面效应表面效应（一）（一）纳米材料的特性纳米材料的特性 纳米材料的表面效应纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。的变化。比表面积比表面积表面原子百分数表面原子百分数纳米颗粒的表面能高、活性强纳米颗粒的表面能高、活性强颗粒直径颗粒直径性质变化性质变化第十三页，本课件共有62页2022/12/1114高表面活性高表面活性高表面活性高表面活性 交联或吸附性强交联或吸附性强交联或吸附性强交联或吸附性强Drug/Gene Delivery SystemDrug/Gene Delivery SystemDrug/Gene Delivery SystemDrug/Gene Delivery System 药物药物/基因转运系统基因转运系统基因转运系统基因转运系统吸附在细胞膜上吸附在细胞膜上吸附在细胞膜上吸附在细胞膜上胞吞作用胞吞作用胞吞作用胞吞作用进入细胞进入细胞吸附药物吸附药物吸附药物吸附药物/质粒质粒质粒质粒DNADNADNADNA纳米粒纳米粒纳米粒纳米粒纳米粒纳米粒纳米粒纳米粒-药物药物药物药物/DNA/DNA/DNA/DNA复合物复合物复合物复合物第十四页，本课件共有62页2022/12/1115纳米载体纳米载体-绿色荧绿色荧光蛋白报道光蛋白报道基因基因转染细胞转染细胞第十五页，本课件共有62页2022/12/1116纳米粒纳米粒纳米粒纳米粒纳米粒纳米粒纳米粒纳米粒用于检测或导向技术用于检测或导向技术第十六页，本课件共有62页2022/12/1117BIOMAT 190802MHNanoparticle抗原抗原抗原抗原抗体抗体抗体抗体有机与无机纳米有机与无机纳米粒子珠粒子珠 巨噬细胞，淋巴细巨噬细胞，淋巴细巨噬细胞，淋巴细巨噬细胞，淋巴细胞等细胞。胞等细胞。胞等细胞。胞等细胞。第十七页，本课件共有62页2022/12/11182.2.小尺寸效应小尺寸效应 小尺寸效应小尺寸效应是指由于颗粒尺寸变小所引起的宏观是指由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化。物理性质的变化。尺寸变小尺寸变小 +比表面积比表面积 新奇的性质新奇的性质 光学光学热学热学力学力学磁学磁学第十八页，本课件共有62页2022/12/1119 由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带，由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是连连续的续的。对介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒而言，大块。对介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒而言，大块材料中连续的材料中连续的能带将分裂为分立的能级能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子量子量子量子/小尺寸效应小尺寸效应小尺寸效应小尺寸效应。例如，。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小与颗粒中导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小与颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现量子尺寸效应的宏观表现量子尺寸效应的宏观表现量子尺寸效应的宏观表现。第十九页，本课件共有62页2022/12/1120（1 1）特殊的光学性质特殊的光学性质特殊的光学性质特殊的光学性质 纳米颗粒当尺寸小到一定程度时具有很强的吸光性。金属纳米颗粒当尺寸小到一定程度时具有很强的吸光性。金属纳米颗粒对光的反射率很低，通常可低于纳米颗粒对光的反射率很低，通常可低于l l，大约几微米的，大约几微米的厚度就能完全消光。几乎所有的金属纳米颗粒都可呈现厚度就能完全消光。几乎所有的金属纳米颗粒都可呈现黑色。黑色。第二十页，本课件共有62页2022/12/1121纳米涂料纳米涂料隐形飞机第二十一页，本课件共有62页2022/12/1122（2 2 2 2）特殊的磁学性质特殊的磁学性质 纳米颗粒的磁性与大块材料的磁性有显著的不同，纳米颗粒的磁性与大块材料的磁性有显著的不同，磁性纳米颗粒具有磁性纳米颗粒具有高矫顽力高矫顽力。当纯铁颗粒尺寸减小到。当纯铁颗粒尺寸减小到一定程度（二十个纳米）时，其矫顽力可显著增加；一定程度（二十个纳米）时，其矫顽力可显著增加；尺寸减小到尺寸减小到 6nm 6nm 时，其矫顽力反而降低到零，呈现出时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性超顺磁性。第二十二页，本课件共有62页2022/12/1123生物磁性生物磁性纳米颗粒纳米颗粒生物体内磁性超微颗粒生物体内磁性超微颗粒-生物磁罗盘生物磁罗盘第二十三页，本课件共有62页2022/12/1124磁性阿霉素磁性阿霉素纳米粒在磁场中的定向运动纳米粒在磁场中的定向运动磁性纳米粒磁性纳米粒运动轨迹运动轨迹第二十四页，本课件共有62页2022/12/1125磁性纳米球用于磁性纳米球用于细胞分离细胞分离癌症诊断癌症诊断磁性纳米粒在生物医学中的应用磁性纳米粒在生物医学中的应用第二十五页，本课件共有62页2022/12/1126（3 3）特殊的热学性质特殊的热学性质 固态物质在大尺寸形态时，其熔点是固定的，超细微固态物质在大尺寸形态时，其熔点是固定的，超细微固态物质在大尺寸形态时，其熔点是固定的，超细微固态物质在大尺寸形态时，其熔点是固定的，超细微化后其化后其化后其化后其熔点熔点将显著将显著降低降低降低降低，当颗粒小于，当颗粒小于10101010纳米量级时尤为纳米量级时尤为纳米量级时尤为纳米量级时尤为显著。显著。显著。显著。（4 4）特殊的力学性质）特殊的力学性质呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3 35 5倍。倍。倍。倍。陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。第二十六页，本课件共有62页2022/12/1127 电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。效应。纳米颗粒的一些宏观物理量，如颗粒的磁纳米颗粒的一些宏观物理量，如颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等，亦显示出隧化强度、量子相干器件中的磁通量等，亦显示出隧道效应，称之为道效应，称之为宏观的量子隧道效应宏观的量子隧道效应宏观的量子隧道效应宏观的量子隧道效应。3.3.宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应第二十七页，本课件共有62页2022/12/1128（二）（二）纳米材料分类纳米材料分类纳米粉末：碳酸钙，白炭黑，氧化锌纳米粉末：碳酸钙，白炭黑，氧化锌纳米纤维：纳米丝、纳米棒、纳米管纳米纤维：纳米丝、纳米棒、纳米管纳米膜：纳米膜：超薄膜、多层膜、超晶格超薄膜、多层膜、超晶格纳米液体材料纳米液体材料纳米块体纳米块体:纳米纳米CuCu的块体材料的块体材料 材料的形材料的形态态第二十八页，本课件共有62页2022/12/1129物理性能物理性能纳米半导体材料纳米半导体材料纳米磁性材料纳米磁性材料纳米非线性光学材料纳米非线性光学材料纳米铁电体材料纳米铁电体材料纳米铁电体材料纳米铁电体材料纳米超导材料纳米超导材料纳米热电材料纳米热电材料第二十九页，本课件共有62页2022/12/1130化学结构化学结构纳米金属纳米金属纳米晶体纳米晶体纳米陶瓷纳米陶瓷纳米玻璃纳米玻璃纳米高分子材料纳米高分子材料纳米复合材料纳米复合材料第三十页，本课件共有62页2022/12/1131应用应用纳米电子材料纳米电子材料纳米光电子材料纳米光电子材料纳米生物医学材料纳米生物医学材料纳米敏感材料纳米敏感材料纳米储能材料纳米储能材料第三十一页，本课件共有62页2022/12/1132（三）（三）纳米生物材料的制备纳米生物材料的制备纳米颗粒的作用受其尺寸、形貌和结构的影响。纳米颗粒的作用受其尺寸、形貌和结构的影响。不是所有纳米尺寸的颗粒都能起作用，纳米颗粒的尺不是所有纳米尺寸的颗粒都能起作用，纳米颗粒的尺寸也不是越小越好；特定的技术领域需要寸也不是越小越好；特定的技术领域需要特定尺寸、大特定尺寸、大小均一的纳米颗粒小均一的纳米颗粒才能发挥最佳效果。才能发挥最佳效果。固相法固相法 反应物的聚合状态反应物的聚合状态 液相法液相法 气相法气相法第三十二页，本课件共有62页2022/12/1133（四）纳米生物医用材料及其应用（四）纳米生物医用材料及其应用 1.1.细胞分离用纳米材料细胞分离用纳米材料 利用纳米复合粒子性能稳定、不与胶体溶液反利用纳米复合粒子性能稳定、不与胶体溶液反应且易实现与细胞分离等特点应且易实现与细胞分离等特点,可将纳米粒子应用可将纳米粒子应用于诊疗中进行细胞分离。于诊疗中进行细胞分离。第三十三页，本课件共有62页2022/12/1134 美国科学家用美国科学家用纳米纳米纳米纳米SiOSiOSiOSiO2 2 2 2微粒微粒微粒微粒很容易将怀孕很容易将怀孕很容易将怀孕很容易将怀孕8 8 8 8星期左右妇星期左右妇星期左右妇星期左右妇女的血样中极少量的胎儿细胞分离出来女的血样中极少量的胎儿细胞分离出来女的血样中极少量的胎儿细胞分离出来女的血样中极少量的胎儿细胞分离出来,并能准确地判断并能准确地判断并能准确地判断并能准确地判断是否有遗传缺陷；挪威工科大学的研究人员是否有遗传缺陷；挪威工科大学的研究人员是否有遗传缺陷；挪威工科大学的研究人员是否有遗传缺陷；挪威工科大学的研究人员,利用利用纳米磁性纳米磁性粒子粒子成功地进行了人体骨骼液中肿瘤细胞的分离；成功地进行了人体骨骼液中肿瘤细胞的分离；利用利用利用利用纳米微粒进行细胞分离技术很可能在肿瘤早期从血液中检查纳米微粒进行细胞分离技术很可能在肿瘤早期从血液中检查纳米微粒进行细胞分离技术很可能在肿瘤早期从血液中检查纳米微粒进行细胞分离技术很可能在肿瘤早期从血液中检查出癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗出癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗出癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗出癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。第三十四页，本课件共有62页2022/12/1135 利用不同抗体对细胞内各种器官和骨骼组织的敏感利用不同抗体对细胞内各种器官和骨骼组织的敏感程度和亲和力的显著差异程度和亲和力的显著差异,选择抗体种类，将纳米金粒选择抗体种类，将纳米金粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合,制备成多种制备成多种纳米纳米金金/抗体复合物抗体复合物抗体复合物抗体复合物。2.2.用于细胞内部染色的纳米材料用于细胞内部染色的纳米材料第三十五页，本课件共有62页2022/12/1136 借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物合而形成的复合物,在白光或单色光照射下呈现某种在白光或单色光照射下呈现某种特征特征颜色颜色(如如10nm10nm的金粒子在光学显微镜下呈红色的金粒子在光学显微镜下呈红色),),从而给各从而给各种组合种组合“贴上贴上”了不同颜色的标签了不同颜色的标签,因而为提高细胞内因而为提高细胞内组织的分辨率提供了一种急需的组织的分辨率提供了一种急需的染色技术染色技术。第三十六页，本课件共有62页2022/12/1137应用不同的材料制备纳米颗粒并通过改变其应用不同的材料制备纳米颗粒并通过改变其大小大小和和形形状状可以改变纳米颗粒的可以改变纳米颗粒的光散射性质光散射性质。以此为基础可制备。以此为基础可制备多种颜色的纳米颗粒标签。改变纳米颗粒的形状不仅多种颜色的纳米颗粒标签。改变纳米颗粒的形状不仅可以改变其光散射特征，还可以改变其他特征如产生可以改变其光散射特征，还可以改变其他特征如产生谐波等。谐波等。例如：球形纳米银颗粒不散射红光，而棱柱形纳米银例如：球形纳米银颗粒不散射红光，而棱柱形纳米银颗粒却呈红色颗粒却呈红色。第三十七页，本课件共有62页2022/12/1138第三十八页，本课件共有62页2022/12/1139 这些不同颜色的纳米颗粒标签表面包被细胞这些不同颜色的纳米颗粒标签表面包被细胞特异性抗体特异性抗体/配体后，可进行组织配体后，可进行组织/细胞染色或细胞染色或标记、疾病的诊断及示踪技术。标记、疾病的诊断及示踪技术。第三十九页，本课件共有62页2022/12/11403.3.纳米药物控释材料纳米药物控释材料 纳米粒子不但具有能穿过组织间隙并被细胞吸收、纳米粒子不但具有能穿过组织间隙并被细胞吸收、可通过人体最小的毛细血管、甚至可通过血脑屏障等可通过人体最小的毛细血管、甚至可通过血脑屏障等特性特性,而且还具有靶向、缓释、高效、低毒且可实而且还具有靶向、缓释、高效、低毒且可实现口服、静脉注射及敷贴等现口服、静脉注射及敷贴等多种给药途径多种给药途径。第四十页，本课件共有62页2022/12/11414.4.纳米抗菌材料及创伤敷料纳米抗菌材料及创伤敷料利用利用+可使细胞膜上的蛋白可使细胞膜上的蛋白可使细胞膜上的蛋白可使细胞膜上的蛋白失活失活,从而杀死细菌从而杀死细菌从而杀死细菌从而杀死细菌。利用该类材料的光催化作用利用该类材料的光催化作用利用该类材料的光催化作用利用该类材料的光催化作用,与与与与2 2 2 2反应生成具强氧化反应生成具强氧化反应生成具强氧化反应生成具强氧化性的羟基以杀死病菌性的羟基以杀死病菌性的羟基以杀死病菌性的羟基以杀死病菌 ZnOZnO、TiOTiO2 2等光触媒型纳米抗菌材料等光触媒型纳米抗菌材料 +系抗菌材料系抗菌材料:第四十一页，本课件共有62页2022/12/11425.5.纳米颗粒中药及保健品纳米颗粒中药及保健品 纳米级中药粒子纳米级中药粒子 可溶于水可溶于水,有效提高药物利用率有效提高药物利用率有效提高药物利用率有效提高药物利用率 口服胶囊、口服液或膏药口服胶囊、口服液或膏药口服胶囊、口服液或膏药口服胶囊、口服液或膏药 纳米胶囊或纳米粒子悬浮液保健品纳米胶囊或纳米粒子悬浮液保健品纳米胶囊或纳米粒子悬浮液保健品纳米胶囊或纳米粒子悬浮液保健品 毒性，毒性，毒性，毒性，活性（活性（活性（活性（硒硒硒硒旺胶囊旺胶囊 ）第四十二页，本课件共有62页2022/12/11436.6.纳米医用陶瓷纳米医用陶瓷纳米陶瓷在人工骨、人工关节、人工齿以及牙种植体、耳纳米陶瓷在人工骨、人工关节、人工齿以及牙种植体、耳纳米陶瓷在人工骨、人工关节、人工齿以及牙种植体、耳纳米陶瓷在人工骨、人工关节、人工齿以及牙种植体、耳听骨修复体等人工器官制造及临床应用领域有广阔的应用听骨修复体等人工器官制造及临床应用领域有广阔的应用听骨修复体等人工器官制造及临床应用领域有广阔的应用听骨修复体等人工器官制造及临床应用领域有广阔的应用前景。前景。前景。前景。纳米级羟基磷灰石复合材料纳米级羟基磷灰石复合材料 聚酰胺聚酰胺/纳米纳米HAHA晶体生物活性材料晶体生物活性材料ZrOZrO2 2 的纳米羟基磷灰石复合材料的纳米羟基磷灰石复合材料 纳米纳米TiOTiO2 2/聚合物复合材料聚合物复合材料 第四十三页，本课件共有62页2022/12/11447.7.纳米生物活性材料纳米生物活性材料钙盐纳米钙盐纳米2/聚合物复合材料聚合物复合材料 :在人体液中放置在人体液中放置1 1周后周后,可以观察到其表面有羟基磷灰石层形成。可以观察到其表面有羟基磷灰石层形成。含钛硅的纳米复合材料含钛硅的纳米复合材料 ：具有优良的透光率、氧气：具有优良的透光率、氧气透过率和吸湿性透过率和吸湿性,是理想的隐形眼镜材料。是理想的隐形眼镜材料。第四十四页，本课件共有62页2022/12/1145聚氨酯材料聚氨酯材料 ：因其良好的生物相容性和优异的力学性能因其良好的生物相容性和优异的力学性能常用来制作血管移植物、介入导管、心脏辅助循环体系常用来制作血管移植物、介入导管、心脏辅助循环体系及人工心脏等。及人工心脏等。纳米微孔纳米微孔纳米微孔纳米微孔2 2 2 2玻璃玻璃玻璃玻璃 ：可用作微孔反应器、功能性分可用作微孔反应器、功能性分可用作微孔反应器、功能性分可用作微孔反应器、功能性分子吸附剂、生物酶催化剂及药物控释体系的载体等。子吸附剂、生物酶催化剂及药物控释体系的载体等。子吸附剂、生物酶催化剂及药物控释体系的载体等。子吸附剂、生物酶催化剂及药物控释体系的载体等。第四十五页，本课件共有62页2022/12/1146在血管中运动的纳米机器人，在血管中运动的纳米机器人，在血管中运动的纳米机器人，在血管中运动的纳米机器人，使用纳米切割机和真空吸尘器使用纳米切割机和真空吸尘器使用纳米切割机和真空吸尘器使用纳米切割机和真空吸尘器来清除血管中的沉积物。来清除血管中的沉积物。来清除血管中的沉积物。来清除血管中的沉积物。纳米机器人消灭纳米机器人消灭纳米机器人消灭纳米机器人消灭癌细胞虚拟图癌细胞虚拟图癌细胞虚拟图癌细胞虚拟图未来应用未来应用第四十六页，本课件共有62页2022/12/1147三三.纳米生物传感器纳米生物传感器 纳米生物传感器纳米生物传感器纳米生物传感器纳米生物传感器是纳米技术与生物传感器的融合，是纳米技术与生物传感器的融合，是纳米技术与生物传感器的融合，是纳米技术与生物传感器的融合，其研究领域涉及到生物技术、信息技术、纳米科学、界其研究领域涉及到生物技术、信息技术、纳米科学、界其研究领域涉及到生物技术、信息技术、纳米科学、界其研究领域涉及到生物技术、信息技术、纳米科学、界面科学等多个重要领域。面科学等多个重要领域。面科学等多个重要领域。面科学等多个重要领域。第四十七页，本课件共有62页2022/12/1148第四十八页，本课件共有62页2022/12/1149第四十九页，本课件共有62页2022/12/1150第五十页，本课件共有62页2022/12/1151Company Logo碳纳米管在纳米生物传感器中的应用碳纳米管在纳米生物传感器中的应用n n碳纳米管碳纳米管（Carbon NanotubesCarbon NanotubesCarbon NanotubesCarbon Nanotubes，CNTsCNTsCNTsCNTs）是一种由碳六）是一种由碳六）是一种由碳六）是一种由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管。元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管。元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管。元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管。n nCNTsCNTsCNTsCNTs具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积，具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积，具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积，具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积，因此被广泛用于因此被广泛用于因此被广泛用于因此被广泛用于修饰电极修饰电极的研究。分散性良好的碳的研究。分散性良好的碳纳米管在水溶液或丙酮、甲醇等有机溶剂中可观察纳米管在水溶液或丙酮、甲醇等有机溶剂中可观察到到很强的荧光发射很强的荧光发射。由于独特的电学和光学性质，。由于独特的电学和光学性质，碳纳米管对周围的环境极其敏感，所以可以将其碳纳米管对周围的环境极其敏感，所以可以将其应用于化学传感器。应用于化学传感器。第五十一页，本课件共有62页2022/12/1152CNTsCNTs在氧化还原酶生物传感器中的应用在氧化还原酶生物传感器中的应用n n酶的结构复杂，活性中心通常包埋于酶内部，很难实现酶的结构复杂，活性中心通常包埋于酶内部，很难实现酶的结构复杂，活性中心通常包埋于酶内部，很难实现酶的结构复杂，活性中心通常包埋于酶内部，很难实现酶与电极间的直接电子转移。酶与电极间的直接电子转移。酶与电极间的直接电子转移。酶与电极间的直接电子转移。n n碳纳米管具有良好的导电性、稳定性和生物兼容性，将酶碳纳米管具有良好的导电性、稳定性和生物兼容性，将酶碳纳米管具有良好的导电性、稳定性和生物兼容性，将酶碳纳米管具有良好的导电性、稳定性和生物兼容性，将酶固定到碳米管表面可以保持酶的生物活性，有效地促进酶固定到碳米管表面可以保持酶的生物活性，有效地促进酶固定到碳米管表面可以保持酶的生物活性，有效地促进酶固定到碳米管表面可以保持酶的生物活性，有效地促进酶与传感器之间快速、直接的电子转移，提高酶生物传感器与传感器之间快速、直接的电子转移，提高酶生物传感器与传感器之间快速、直接的电子转移，提高酶生物传感器与传感器之间快速、直接的电子转移，提高酶生物传感器的检测速度、稳定性和使用寿命。的检测速度、稳定性和使用寿命。的检测速度、稳定性和使用寿命。的检测速度、稳定性和使用寿命。n n应用于葡萄糖的检测中应用于葡萄糖的检测中应用于葡萄糖的检测中应用于葡萄糖的检测中n n还可应用于有机磷类化合物的分析检测还可应用于有机磷类化合物的分析检测还可应用于有机磷类化合物的分析检测还可应用于有机磷类化合物的分析检测第五十二页，本课件共有62页2022/12/1153CNTsCNTs在在DNADNA生物传感器中的应用生物传感器中的应用n nDNADNA生物传感器具有灵敏度高、制作简单和成本较低等优生物传感器具有灵敏度高、制作简单和成本较低等优生物传感器具有灵敏度高、制作简单和成本较低等优生物传感器具有灵敏度高、制作简单和成本较低等优势，近年来在基因检测和传染性疾病研究等领域的应用势，近年来在基因检测和传染性疾病研究等领域的应用势，近年来在基因检测和传染性疾病研究等领域的应用势，近年来在基因检测和传染性疾病研究等领域的应用得到了迅速发展。得到了迅速发展。得到了迅速发展。得到了迅速发展。n n将将DNADNA特有的分子识别功能与碳纳米管的优良性能相结特有的分子识别功能与碳纳米管的优良性能相结合，通过化学吸附、共价联接、静电吸附等方法将合，通过化学吸附、共价联接、静电吸附等方法将DNADNA固定在碳纳米管上，以期获得性能更加优良的固定在碳纳米管上，以期获得性能更加优良的DNADNA生物生物传感器。传感器。第五十三页，本课件共有62页2022/12/1154CNTsCNTs在电化学免疫生物传感器中的应用在电化学免疫生物传感器中的应用n n电化学免疫生物传感器可用于检测细胞活性、肿瘤细胞标记物和电化学免疫生物传感器可用于检测细胞活性、肿瘤细胞标记物和电化学免疫生物传感器可用于检测细胞活性、肿瘤细胞标记物和电化学免疫生物传感器可用于检测细胞活性、肿瘤细胞标记物和致病微生物等，具有高度特异性、敏感性和稳定性。致病微生物等，具有高度特异性、敏感性和稳定性。致病微生物等，具有高度特异性、敏感性和稳定性。致病微生物等，具有高度特异性、敏感性和稳定性。n n碳纳米管共价修饰抗体或其他受体后，不产生细胞毒性，也不会影响碳纳米管共价修饰抗体或其他受体后，不产生细胞毒性，也不会影响碳纳米管共价修饰抗体或其他受体后，不产生细胞毒性，也不会影响碳纳米管共价修饰抗体或其他受体后，不产生细胞毒性，也不会影响抗体或受体的免疫活性，近年来该方法在免疫传感器方面的应用逐渐抗体或受体的免疫活性，近年来该方法在免疫传感器方面的应用逐渐抗体或受体的免疫活性，近年来该方法在免疫传感器方面的应用逐渐抗体或受体的免疫活性，近年来该方法在免疫传感器方面的应用逐渐增加。增加。增加。增加。n n利用单壁碳纳米管制备了高度灵敏的生物传感器，用于检测多种癌利用单壁碳纳米管制备了高度灵敏的生物传感器，用于检测多种癌利用单壁碳纳米管制备了高度灵敏的生物传感器，用于检测多种癌利用单壁碳纳米管制备了高度灵敏的生物传感器，用于检测多种癌细胞标记物。细胞标记物。细胞标记物。细胞标记物。n n碳纳米管还可用于检测植物毒素。碳纳米管还可用于检测植物毒素。碳纳米管还可用于检测植物毒素。碳纳米管还可用于检测植物毒素。第五十四页，本课件共有62页2022/12/1155胶体金修饰纳米免疫传感器胶体金修饰纳米免疫传感器n利用抗原与抗体之间高选择性分子识别，进行抗利用抗原与抗体之间高选择性分子识别，进行抗体或抗原分析体或抗原分析q免疫分子的识别组件免疫分子的识别组件免疫分子的识别组件免疫分子的识别组件q物理信号转换组件物理信号转换组件n纳米结构改进纳米结构改进纳米结构改进纳米结构改进表面抗体分布可控，具有理想固定表面抗体分布可控，具有理想固定方向方向第五十五页，本课件共有62页2022/12/1156n制备方法：层层组装制备方法：层层组装q q在打磨过的金基底上，生长复合纳米结构在打磨过的金基底上，生长复合纳米结构在打磨过的金基底上，生长复合纳米结构在打磨过的金基底上，生长复合纳米结构q q抗体连接在胶体金上抗体连接在胶体金上抗体连接在胶体金上抗体连接在胶体金上q q高分子复合层是高分子复合层是高分子复合层是高分子复合层是“水泥水泥水泥水泥”，胶体金是，胶体金是，胶体金是，胶体金是“钢筋钢筋钢筋钢筋”红色：高分子聚合红色：高分子聚合红色：高分子聚合红色：高分子聚合物物物物PSS PSS PSS PSS 灰色：高分子聚灰色：高分子聚灰色：高分子聚灰色：高分子聚合物合物合物合物PAHPAHPAHPAH蓝色：胶体金蓝色：胶体金蓝色：胶体金蓝色：胶体金第五十六页，本课件共有62页2022/12/1157纳米病原微生物检测纳米病原微生物检测n nTanTanTanTan等提出了一项新的生物纳米技术，该技术是采用生物修饰的纳米颗粒，等提出了一项新的生物纳米技术，该技术是采用生物修饰的纳米颗粒，等提出了一项新的生物纳米技术，该技术是采用生物修饰的纳米颗粒，等提出了一项新的生物纳米技术，该技术是采用生物修饰的纳米颗粒，通过荧光信号为基础的免疫试验，快速、准确地检测出单个细菌。他们通过荧光信号为基础的免疫试验，快速、准确地检测出单个细菌。他们通过荧光信号为基础的免疫试验，快速、准确地检测出单个细菌。他们通过荧光信号为基础的免疫试验，快速、准确地检测出单个细菌。他们选择的是大肠杆菌选择的是大肠杆菌选择的是大肠杆菌选择的是大肠杆菌0157015701570157：H7H7H7H7作为检测细菌，因为它是食物来源肠道感作为检测细菌，因为它是食物来源肠道感作为检测细菌，因为它是食物来源肠道感作为检测细菌，因为它是食物来源肠道感染致病菌的最主要代表。染致病菌的最主要代表。染致病菌的最主要代表。染致病菌的最主要代表。n n传统检测微量细菌的方法需要扩增或是富及样本中的目标菌，因过程繁琐而费传统检测微量细菌的方法需要扩增或是富及样本中的目标菌，因过程繁琐而费传统检测微量细菌的方法需要扩增或是富及样本中的目标菌，因过程繁琐而费传统检测微量细菌的方法需要扩增或是富及样本中的目标菌，因过程繁琐而费时费力。该研究中，纳米颗粒起到极强的信号放大作用，细菌众多的表面抗原时费力。该研究中，纳米颗粒起到极强的信号放大作用，细菌众多的表面抗原时费力。该研究中，纳米颗粒起到极强的信号放大作用，细菌众多的表面抗原时费力。该研究中，纳米颗粒起到极强的信号放大作用，细菌众多的表面抗原可供抗体修饰的纳米颗粒识别与结合，所以每一个细菌表面将结合数以千计的可供抗体修饰的纳米颗粒识别与结合，所以每一个细菌表面将结合数以千计的可供抗体修饰的纳米颗粒识别与结合，所以每一个细菌表面将结合数以千计的可供抗体修饰的纳米颗粒识别与结合，所以每一个细菌表面将结合数以千计的纳米颗粒，从而提供极强的荧光信号。纳米颗粒，从而提供极强的荧光信号。纳米颗粒，从而提供极强的荧光信号。纳米颗粒，从而提供极强的荧光信号。n n该方法甚至能发展到该方法甚至能发展到该方法甚至能发展到该方法甚至能发展到384384384384孔微平板的多菌样本高通量检测。因此，用针对孔微平板的多菌样本高通量检测。因此，用针对孔微平板的多菌样本高通量检测。因此，用针对孔微平板的多菌样本高通量检测。因此，用针对不同细菌的特异性抗体来修饰纳米颗粒，这项纳米生物技术就能用来检不同细菌的特异性抗体来修饰纳米颗粒，这项纳米生物技术就能用来检不同细菌的特异性抗体来修饰纳米颗粒，这项纳米生物技术就能用来检不同细菌的特异性抗体来修饰纳米颗粒，这项纳米生物技术就能用来检测多种来源的细菌病原体，包括生物恐怖试剂以及食品、临床和环境样测多种来源的细菌病原体，包括生物恐怖试剂以及食品、临床和环境样测多种来源的细菌病原体，包括生物恐怖试剂以及食品、临床和环境样测多种来源的细菌病原体，包括生物恐怖试剂以及食品、临床和环境样本。本。本。本。第五十七页，本课件共有62页2022/12/1158单个细菌检测机制。单个细菌检测机制。单个细菌检测机制。单个细菌检测机制。单个细菌结合极多纳米颗粒，利于信号放大单个细菌结合极多纳米颗粒，利于信号放大单个细菌结合极多纳米颗粒，利于信号放大单个细菌结合极多纳米颗粒，利于信号放大第五十八页，本课件共有62页2022/12/1159光学纳米生物传感器光学纳米生物传感器n表面等离子体共振表面等离子体共振表面等离子体共振表面等离子体共振(SPR)(SPR)是一种光和金属电子相互作是一种光和金属电子相互作用的光一电子现象，它是将光子所携带的能量转移用的光一电子现象，它是将光子所携带的能量转移给金属表面的电子。如今，迫切需要能特异鉴别周给金属表面的电子。如今，迫切需要能特异鉴别周围环境中低浓度生物物质的微型化光学传感器，但围环境中低浓度生物物质的微型化光学传感器，但目前还不存在未经扩增就能鉴定出自然浓度的这种目前还不存在未经扩增就能鉴定出自然浓度的这种仪器。仪器。n n借助局部借助局部借助局部借助局部SPRSPRSPRSPR光谱技术，可利用三面体银纳米颗粒制光谱技术，可利用三面体银纳米颗粒制光谱技术，可利用三面体银纳米颗粒制光谱技术，可利用三面体银纳米颗粒制成一种新型的光学传感器，因为这种银颗粒具有显著成一种新型的光学传感器，因为这种银颗粒具有显著成一种新型的光学传感器，因为这种银颗粒具有显著成一种新型的光学传感器，因为这种银颗粒具有显著的光学特性，且能大大提高检测的敏感性。的光学特性，且能大大提高检测的敏感性。的光学特性，且能大大提高检测的敏感性。的光学特性，且能大大提高检测的敏感性。第五十九页，本课件共有62页2022/12/1160纳米生物传感器在氯霉素检测中的应用纳米生物传感器在氯霉素检测中的应用n n利用利用利用利用pH pH pH pH 敏感的荧光指示剂敏感的荧光指示剂F1300 F1300 F1300 F1300 可以量化可以量化可以量化可以