幾種常用的納米材料在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用

姚惠琴，黃　珊，甘倩倩（寧夏醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，寧夏銀川750004）

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幾種常用的納米材料在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用

姚惠琴*，黃珊，甘倩倩
（寧夏醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，寧夏銀川750004）

摘要：基于納米材料獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使其構(gòu)建的電化學(xué)生物傳感器在線性范圍、檢測(cè)限、響應(yīng)時(shí)間等方面均表現(xiàn)出良好的性能，已成為發(fā)展新型電化學(xué)生物傳感器的研究熱點(diǎn)。該文主要介紹了幾種常用的納米材料如碳納米管、石墨烯、金納米在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：納米材料；生物傳感器；應(yīng)用

0　引言

納米材料是指其在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1～100 nm）或由它們作為基本結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成的材料，正是由于這一尺寸的特殊，使得其具有優(yōu)異的物理化學(xué)特性、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。自從1984年被德國(guó)的物理學(xué)家Gleiter［1］發(fā)現(xiàn)，研究者們就對(duì)其產(chǎn)生了濃厚的興趣，目前納米材料已經(jīng)深入到各個(gè)不同的科學(xué)領(lǐng)域，并成為近年來(lái)科學(xué)界的研究熱點(diǎn)。

納米材料除了擁有特殊的五種基本功能特性外，還具有非常特殊的化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)、光電性質(zhì)、催化性質(zhì)、光電化學(xué)性質(zhì)、特殊的物理機(jī)械性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)［2］。用納米材料制成的電化學(xué)生物傳感器有許多優(yōu)異的性能，例如檢測(cè)靈敏度更高、體積更小和可靠性更好等。一些納米材料如鉑納米粒子、石墨烯、金納米粒子、鈀納米粒子被證實(shí)對(duì)于特定的底物有良好的催化活性，將這些納米粒子作為傳感器的固載物質(zhì)或者標(biāo)記物在提高生物傳感器的響應(yīng)性能方面有很大的幫助［3］。

納米材料這些特殊的性質(zhì)使其在電化學(xué)生物傳感器的構(gòu)建和發(fā)展中占據(jù)非常重要的地位。該文將對(duì)納米材料及電化學(xué)生物傳感器進(jìn)行概述，并介紹幾種常見的納米材料及其在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用。

1　納米材料和電化學(xué)生物傳感器的概述

1.1納米材料

納米材料是指有一維或更多，處于1～100 nm之間的各類材料或者是由這種結(jié)構(gòu)作為基本單位從而組成材料的總稱，它包含許多物質(zhì)例如有機(jī)化合物、氧化物、金屬、無(wú)機(jī)化合物等［4］。納米材料對(duì)于保持生物分子的活性起到了積極的作用，這是因?yàn)樗哂辛己玫纳锵嗳菪?，可以為生物分子提供良好的微環(huán)境對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，從而保護(hù)生物分子的活性［5］。另外納米材料具有表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)，從而使得比表面積增大，表面自由能升高，它和其它分子結(jié)合時(shí)可提高生物分子的固載量，表現(xiàn)出較高的化學(xué)活性，促進(jìn)電子的傳遞，所以將其作為電極的固載物質(zhì)能夠有效地增加電極的比表面積，增強(qiáng)它的導(dǎo)電性進(jìn)而提高電化學(xué)生物傳感器的響應(yīng)速度［6］。

1.2電化學(xué)傳感器

電化學(xué)傳感器的組成通常分為兩部分：識(shí)別系統(tǒng)即感應(yīng)器和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)即轉(zhuǎn)換器（圖1）。其中感應(yīng)器的主要作用是：選擇性的與待測(cè)物質(zhì)發(fā)生作用，將系統(tǒng)內(nèi)化學(xué)參數(shù)的變化以反應(yīng)信號(hào)的方式傳導(dǎo)給轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器的主要作用是：識(shí)別系統(tǒng)的反應(yīng)信號(hào)，然后通過(guò)電極、光纖或各種敏感元件將反應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓、電流或者光強(qiáng)度等形式，而后進(jìn)行信號(hào)放大輸出或直接輸出，從而使最終的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭煞治龅男盘?hào)［7］。

圖1　電化學(xué)傳感器原理簡(jiǎn)易示意圖Fig.1　A simplified representation of electrochemical sensor

電化學(xué)傳感器表面的微結(jié)構(gòu)可以提供許多可以利用的勢(shì)場(chǎng)，這樣就可以使待測(cè)的物質(zhì)進(jìn)行有效的分離、富集，憑借控制電極電位還能進(jìn)一步提高選擇性，并且可以把測(cè)定方法的靈敏性和表面物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的選擇性相結(jié)合，即電化學(xué)傳感器是把分離、富集和選擇性測(cè)定三者合為一體的理想體系，在提高靈敏度和選擇性方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性。

納米材料高的比表面積和催化活性、特殊的理化性質(zhì)及超微小型等特征，使其成為化學(xué)修飾電極中的新型材料。目前將納米技術(shù)應(yīng)用于電化學(xué)傳感器中，給電化學(xué)傳感器帶來(lái)了跨時(shí)代的進(jìn)步，并且創(chuàng)造了更為廣闊的發(fā)展空間［7］。

2　幾種常見的納米材料及其在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用

2.1碳納米管

當(dāng)前應(yīng)用和研究最廣泛的材料是碳材料，碳納米材料指的是分散相的大小有一維或更多小于100 nm的碳材料，其中碳納米材料的分散相可以是由碳原子組成，也可以由非碳原子將其組成，已有報(bào)道的碳納米材料大體有三類：碳納米管、碳納米球和碳納米纖維。

從比較宏觀的領(lǐng)域來(lái)講，都知道碳的同素異形體有三種:無(wú)定形碳、金剛石和石墨。但這些材料的應(yīng)用往往很有限，所以發(fā)現(xiàn)新材料呼之欲出。碳納米管（CNTs）［8］和富勒烯（C60）［9］的發(fā)現(xiàn)，讓碳材料有了全新的存在體系，從此碳納米材料的研究進(jìn)入了一個(gè)新的階段。研究碳納米材料的又一個(gè)高潮在于1999年有序介孔碳納米結(jié)構(gòu)材料的發(fā)現(xiàn)［10］和2004年石墨烯的發(fā)現(xiàn)［11］。

CNTs是由一層或者許多層的石墨片按照特定的螺旋角度卷曲而形成的，它的管徑約為幾十個(gè)納米，軸向長(zhǎng)度的尺寸為微米級(jí)，根據(jù)石墨片層數(shù)的不同，可以把碳納米管分為單層碳納米管、雙層碳納米管和多層碳納米管。碳納米管的不可溶性便是由其這樣的結(jié)構(gòu)造成的，隨后的研究發(fā)現(xiàn)用混酸或者強(qiáng)酸都可以把碳納米管的端頭處封閉的半個(gè)富勒烯打開，然后通過(guò)共價(jià)鍵的作用使碳納米管帶有一些活性基團(tuán)，如羧基、羥基等，這樣就可以改變碳納米管的活性，從而使得碳納米管的電化學(xué)性質(zhì)得到進(jìn)一步的改進(jìn)。碳納米管不僅擁有半導(dǎo)體性和金屬性，而且還擁有優(yōu)良的電催化活性和導(dǎo)電性，在電子傳輸上是一種優(yōu)異的媒介體，它能夠在生物傳感器的應(yīng)用中促進(jìn)電活性物質(zhì)的電子傳遞?；谔技{米管的這些性質(zhì)，若將其與其他的傳統(tǒng)材料結(jié)合起來(lái)，就可以在普通材料上發(fā)揮碳納米管的優(yōu)良特性，從而提高復(fù)合材料的性能［12］。

圖2?。ˋ）通過(guò)層層自組裝碳納米管和量子點(diǎn)的納米復(fù)合材料的過(guò)程?。˙）用于檢測(cè)caspase-3活性的電化學(xué)方法示意圖［13］Fig.2?。ˋ）Preparation process of CNTs-QDs-SA bioconjugates via LbL assembly.（B）Schematic illustration of the electrochemical strategy for sensing caspase 3 activity［13］

Zhang等［13］通過(guò)層層（LbL）靜電組裝的方法合成了一種碳納米管/量子點(diǎn)的納米復(fù)合材料，然后利用碳二酰亞胺共價(jià)偶合了鏈霉親和素，得到了功能化的納米探針（圖2）。通過(guò)設(shè)計(jì)一種生物素標(biāo)記的含有對(duì)氨基酸肽段（DEVD肽段）的多肽去激活半胱氨酸蛋白酶3（caepase-3），就可以特異性地識(shí)別并切割這種多肽。通過(guò)細(xì)胞裂解液中的caspase-3把組裝到電極上的多肽進(jìn)行切割，這樣多肽末端修飾的生物素分子就會(huì)從電極上脫落下來(lái)，再用鏈霉親和素的探針去和剩余的生物素進(jìn)行功能化的結(jié)合，這樣利用這個(gè)探針就可以檢測(cè)到電極上剩余的生物素分子的比例。剩余的生物素分子越多，則caspase-3的活性越低。這樣就可以間接的檢測(cè)細(xì)胞裂解液中caspase-3的活性。將碳納米管/量子點(diǎn)納米探針的信號(hào)放大作用與caspase-3對(duì)于DEVD肽段的特異性識(shí)別與酶解相結(jié)合，研制出了一種檢測(cè)caspase-3活性與抑制作用的電化學(xué)傳感器。

Xu等［14］制備了形狀類似于樹枝狀的鉑納米粒子，以鉑/聚苯胺/碳納米管（Pt/PANI/CNTs）為媒介體的生物傳感器來(lái)對(duì)葡萄糖進(jìn)行檢測(cè)，最后顯示出，以Pt/PANI/CNTs作為媒介體的電極對(duì)葡萄糖有較低的檢測(cè)電位和較寬的線性檢測(cè)范圍，這與PANI的高的檢測(cè)電位和CNTs的窄的線性范圍相比較，這種用碳納米管合成的Pt/PANI/CNTs電極結(jié)合了CNTs和PANI的優(yōu)點(diǎn)，更有應(yīng)用價(jià)值。Suresh等［15］用CNTs和氧化石墨電極分別制備了電流型免疫傳感器來(lái)檢測(cè)蓖麻毒素，線性響應(yīng)范圍依次為0.6253 ng/mL和2.525 ng/mL，這表明兩個(gè)電極對(duì)蓖麻毒素都有響應(yīng)，但是CNTs電極對(duì)蓖麻毒素的反應(yīng)性能更強(qiáng)。Malhotra等［16］利用單壁碳納米管 （single-walled carbon nanotubes，SWCNTs）陣列來(lái)固定抗體分子，并以此構(gòu)建了用于檢測(cè)癌癥標(biāo)記物（IL-6）的免疫傳感器，碳納米管表面含有豐富的-COOH，使用1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳酰二亞胺/N-羥基丁二酰亞胺（EDC/NHS）活化后，碳納米管可以與IL-6抗體（Ab1）表面的-NH2發(fā)生共價(jià)鍵和，同時(shí)碳納米管優(yōu)良的導(dǎo)電性可以促進(jìn)電極界面電子的傳遞，大大提高了檢測(cè)的靈敏度。

因?yàn)樘技{米管是一種納米纖維，所以它的結(jié)構(gòu)很獨(dú)特，這就使得它可以擁有一些特殊的化學(xué)和物理性質(zhì)。Carla Gouveia-Caridade等［17］應(yīng)用戊二醛交聯(lián)法將多壁碳納米管上的羧基和醇氧化酶/牛血清白蛋白 （AlcOx/BSA）上的氨基交聯(lián)起來(lái)，然后將交聯(lián)的物質(zhì)固定于電極上，構(gòu)建了功能化的多壁碳納米管修飾的碳層電極生物傳感器，該傳感器檢測(cè)到的乙醇的靈敏度比不含多壁碳納米管的傳感器要高30倍，這充分說(shuō)明了碳納米管在提高生物傳感器的靈敏度上的效果是極佳的。

2.2石墨烯

石墨烯是一種天然的層狀碳納米材料，它具有很多優(yōu)點(diǎn)例如價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛等。石墨烯這種材料是到目前為止發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)度最強(qiáng)且最薄的一種物質(zhì)，它比世界上最好的鋼鐵的強(qiáng)度還要高上100倍，比鉆石的硬度還高。石墨烯碳原子具備優(yōu)異的光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)，它緊密堆積形成的單層的二維蜂窩狀的晶格結(jié)構(gòu)具有超極大的比表面積［18］。由于石墨烯具有這些特點(diǎn)，人們對(duì)其越來(lái)越感興趣，并且在生物醫(yī)藥，電子信息能源等領(lǐng)域擁有廣闊的前景［19］。

石墨烯是一種新發(fā)現(xiàn)的納米超薄膜，因?yàn)樗鼡碛袠O佳的機(jī)械性能、較高的熱導(dǎo)率和極大的表面積，所以它被認(rèn)為是連接電極表面和酶蛋白質(zhì)等的氧化還原中心的優(yōu)良樞紐［20］，近年來(lái)許多人對(duì)石墨烯進(jìn)行了研究，研制出了N-摻雜石墨烯的新型材料，這種材料不僅保存了石墨烯原有的性質(zhì)，而且讓其擁有了更好的生物相容性，使石墨烯在生物傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用被進(jìn)一步拓寬。

石墨烯和CNTs一樣都是新型的納米材料，但是石墨烯具有某些優(yōu)于CNTs的性能，所以研究者們?cè)谝勒昭芯緾NTs的方法研究石墨烯的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)并提出了一些新的方法和思路，當(dāng)下石墨烯的雜化膜引起了各領(lǐng)域的高度重視。層層（LbL）靜電自組裝技術(shù)是雜化膜最常用的技術(shù)［21］。張燕等［22］將辣根過(guò)氧化物酶（HRP）固定于Au/ graphene電極表面，利用長(zhǎng)鏈離子液體的特殊性質(zhì)，用它固定全氟磺酸（Nafion）/HPR/［C10-mim＋］Br-/Au/Gr/GCE，并組裝成H2O2傳感器，然后用透射電鏡來(lái)表征Au氧化石墨烯的外貌，可以看到金納米顆粒會(huì)很均勻地分散在石墨烯的外表面，而且并不存在團(tuán)聚等其它的現(xiàn)象，用電化學(xué)技術(shù)來(lái)檢測(cè)Nafion/HPR［C10-mim+］Br-/Au/Gr/GCE修飾的電極對(duì)H2O2的響應(yīng)情況，結(jié)果顯示：修飾的電極對(duì)H2O2有很好的響應(yīng)，在H2O2濃度為2.0×10-6～1.2×10-3mol/L的范圍內(nèi)還原，電流與濃度存在線性關(guān)系，r=0.997，檢測(cè)限為3.0×10-7mol/L，另外傳感器擁有很好的選擇性和穩(wěn)定性，這為生物分子的檢測(cè)提供了新的技術(shù)。Gao等［23］報(bào)道了一種電致化學(xué)發(fā)光（ECL）的乙醇生物傳感器，這個(gè)生物傳感器的原理如下，在玻碳電極的表面滴涂上 Ru（bpy）32+，等到自然晾干后，再在含有Ru （bpy）32+的玻碳電極表面滴涂氧化石墨烯，待在空氣中干燥后將含有氨水的BSA作為還原劑滴加上去，之后將該電極放置在80度密閉的水浴中24 h，這樣做的目的是為了將氧化石墨烯還原為還原態(tài)的石墨烯。從水浴中拿出，烘干還原試劑，將電極用水沖洗，這樣可以去掉松散的Ru（bpy）32+和沒(méi)有在電極表面固載牢固的石墨烯。所有步驟都完成以后用戊二醛 （GA）交聯(lián)法把醇脫氫酶（ADH）結(jié)合到電極上，這樣就成功地制備出ECL的乙醇生物傳感器。在整個(gè)的修飾過(guò)程中，石墨烯在作為修飾試劑固載Ru（bpy）32+的同時(shí)也被當(dāng)做基底固定BSA，BSA不僅起著還原劑的作用把氧化石墨烯還原成還原態(tài)的石墨烯，而且還提供了一個(gè)溫和的環(huán)境，這樣就有利于ADH修飾到電極表面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明石墨烯作為基底的ECL傳感器擁有非常好的電化學(xué)性能。Shen等［24］用層層組裝技術(shù)制備了石墨烯、納米模板，另外，其他的研究者制備了石墨烯和CNTs雜化的薄膜，這些薄膜結(jié)合了石墨烯和CNTs的一些好的突出的性能，或者利用兩者之間的協(xié)同性能來(lái)制備選擇性更高、靈敏性越強(qiáng)的生物傳感器。同樣Kim等［25］也是采用層層組裝技術(shù)來(lái)制備 graphene/ CNTs的雙層薄膜，使之更加均勻、透明、持久、耐用。其制備的原理如下，首先將氨基化的SiO2/Si基底準(zhǔn)備好，然后將氧化石墨烯自組裝到這上面，讓這個(gè)基底上面沉積上一層氨基化的MWCNTs，這兩者之間是通過(guò)靜電作用結(jié)合上的（氧化石墨烯帶負(fù)電，氨基帶正電）。這樣制備出帶有氧化石墨烯/單壁碳納米管 （GO/MWCNTs）負(fù)載的基底，最后通過(guò)化學(xué)還原法得到graphene/ MWCNTs雙層膜。 宋琪等［26］的實(shí)驗(yàn)比較具有突破性，他們通過(guò)把GO和MWCNTs的混合溶液旋涂在玻璃基底上，從而得到GO/MWCNTs的自組裝薄膜。石墨烯作為一種新型的納米材料，以其特殊的性質(zhì)，在生物傳感器方面具有很大的應(yīng)用價(jià)值，這些性質(zhì)必將讓它在生物傳感器研究中的地位越來(lái)越重要。

2.3納米金

瑞士的醫(yī)藥化學(xué)家巴拉塞爾蘇斯在16世紀(jì)制備出了飲用金，他用制備出的飲用金去治療精神類的疾病，從此納米金（gold nanoparticles）就受到了越來(lái)越多研究者的關(guān)注。含有納米金的溶液第一次發(fā)現(xiàn)是由英國(guó)科學(xué)家法拉第在1857年發(fā)現(xiàn)的，這為納米金在以后各領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。納米金的大小是和前面介紹的納米材料一樣，介于在1～100 nm之間，納米金是一種細(xì)微的金顆粒，因?yàn)檫@些納米金大多數(shù)是分散在水中的水溶膠，因此也可以被叫做金納米溶膠或膠體金。納米金不但擁有納米材料的優(yōu)良特性，而且還擁有優(yōu)異的生物相容性、優(yōu)良的導(dǎo)電性以及特殊的抗氧化-還原的能力［27］。

納米金在電化學(xué)生物傳感器中屬于應(yīng)用最為廣泛的一種納米顆粒。其主要的應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面。

金納米顆粒不僅具有良好的表面效應(yīng)，而且還擁有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，所以比其它的非金屬納米顆粒的增強(qiáng)作用更顯著。另外納米金是常用的標(biāo)記生物分子的納米顆粒，它有這項(xiàng)功能的主要原因是因?yàn)榻鸺{米顆?？梢耘c巰基之間發(fā)生很強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合，這樣就可以使巰基標(biāo)記的生物活性分子和膠體金結(jié)合而構(gòu)成探針，此體系非常有益于生物體系的檢測(cè)和診斷。生物條形碼（bio-bar code）這個(gè)技術(shù)在納米金顆粒診斷技術(shù)中是一個(gè)很典型的例子，由Mirkin等［28］在2003年首先提出的。它在DNA檢測(cè)方面與原來(lái)技術(shù)相比具有較多優(yōu)點(diǎn)，如高靈敏度、沒(méi)有酶參與反應(yīng)，對(duì)儲(chǔ)存、運(yùn)輸和實(shí)驗(yàn)操作要求較低，易于推廣、操作簡(jiǎn)單，對(duì)工作人員的專業(yè)背景要求不高。Zhang等［29-30］利用DNA的雜交技術(shù)將CdTe量子點(diǎn)和PbS量子點(diǎn)組裝到金納米顆粒上制成生物條形碼，利用此生物條形碼探針實(shí)現(xiàn)對(duì)多種DNA相關(guān)分析物的檢測(cè)。他們還利用輔助DNA將PbS量子點(diǎn)修飾到金納米顆粒上制成生物條形碼探針對(duì)目標(biāo)DNA［31］和DNA相關(guān)物［32］進(jìn)行檢測(cè)。

在納米金的表面也可以通過(guò)疏水作用來(lái)結(jié)合蛋白質(zhì)分子，由此形成的固載復(fù)合物可以使它的生物活性保持很長(zhǎng)時(shí)間。納米金還可以被作為中間媒介體來(lái)應(yīng)用，Yang等［33］在氮摻雜的石墨烯納米片層上復(fù)合金納米顆粒，將此用來(lái)固定抗體，用該納米復(fù)合材料構(gòu)建了檢測(cè)金屬蛋白酶的電化學(xué)免疫傳感法。該復(fù)合材料通過(guò)在氮摻雜的石墨烯納米碳層上利用檸檬酸鈉原位還原氯金酸，來(lái)得到具有良好的生物相容性的、均一的金-石墨烯納米復(fù)合材料，因?yàn)榻鸺{米顆粒的作用，其表面可以牢固的結(jié)合抗體分子，并且由于納米復(fù)合材料具有氮摻雜的石墨烯，使得其具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，促進(jìn)電極表面電子的傳遞，有利于提高此傳感器的靈敏度。

納米金粒子有良好的生物相容性和電子傳導(dǎo)能力，可以在電極的表面提供一個(gè)溫和的不受限制的微環(huán)境促進(jìn)表面生物分子和電極之間的電子傳遞，從而提高電化學(xué)傳感器的檢測(cè)靈敏度。金納米簇也具有這個(gè)性質(zhì)，所以它可以作為一種良好的電子媒介體來(lái)構(gòu)建DNA電化學(xué)傳感器。Han等［34］利用硼氫化鈉還原氯金酸，以樹枝狀的大分子聚酰胺-胺類作為模板來(lái)合成出一種含有多個(gè)金納米簇的樹形納米材料（圖3）。用兩段不同的DNA片段和樹形的納米材料連接形成探針后，將其修飾到電極最外層，這其中的一段DNA鏈可以和葡萄糖脫氫酶標(biāo)記的DNA分子進(jìn)行雜交，形成DNA串聯(lián)體，之后利用金納米簇和葡萄糖脫氫酶的級(jí)聯(lián)反應(yīng)去催化煙酰胺腺嘌呤二核苷酸還原性輔酶的氧化還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生電化學(xué)信號(hào)，以此來(lái)完成對(duì)目標(biāo)凝血酶分子的超靈敏檢測(cè)。

圖3?。ˋ）金納米團(tuán)簇和凝血酶適配體的連接過(guò)程?。˙）金納米團(tuán)簇和葡萄糖脫氫酶級(jí)聯(lián)后對(duì)凝血酶檢測(cè)的電化學(xué)傳感器示意圖［34］Fig.3　（A）Preparation procedure of AuNCs-TBA II-S1 bioconjugate and（B）schematic illustration of theelectrochemical aptasensor for detection of thrombin based on cascade catalysis of AuNCs and GDH

3　展望

納米材料在電化學(xué)生物傳感器的應(yīng)用前景還很廣泛，尤其是在合成特定結(jié)構(gòu)的納米材料或其復(fù)合材料方面是勢(shì)在必行的。首先納米材料在納米尺度下具有獨(dú)特的電學(xué)及化學(xué)方面的優(yōu)勢(shì)，這就可以被用于細(xì)胞的固定、檢測(cè)及電化學(xué)傳感等方面的構(gòu)建，目前越來(lái)越多的納米細(xì)胞電化學(xué)傳感方法被提出，這極大地提高了細(xì)胞檢測(cè)的靈敏度和特異性。其次應(yīng)該致力于合成高的比表面積，高表面活性及小尺寸等特性的納米材料，并且在它的表面修飾豐富的基團(tuán)，可以提供多元化的化學(xué)修飾來(lái)進(jìn)行特異性連接，將納米材料、核酸分子雜交技術(shù)以及電化學(xué)分析技術(shù)相結(jié)合，研制出具有高靈敏度、高選擇性的DNA電化學(xué)生物傳感器，應(yīng)用于對(duì)特定DNA片段的選擇性測(cè)定和對(duì)DNA鏈中的堿基尤其是單堿基的突變進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地識(shí)別。隨著研究的進(jìn)一步加深，將新型納米材料運(yùn)用到電化學(xué)生物傳感器中將在臨床診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全等與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

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*通信聯(lián)系人，E-mail:huiqin_yao@163.com

基金項(xiàng)目：寧夏高等學(xué)校科學(xué)研究項(xiàng)目（NGY2014101）資助

Application of several common nanomaterials in electrochemical biosensors

Yao Hui-qin*，Huang Shan，Gan Qian-qian
（College of Pharmacy，Ningxia Medical University，Yinchuan 750004，China）

Abstract:The electrochemical biosensor based on nano materials has a good performance in the linear range，detection limit and response time，and has become a hot research topic in the development of novel electrochemical biosensors.This paper mainly introduces the application of several kinds of nano materials，such as carbon nanotubes，graphene and gold nanoparticles in electrochemical biosensors，and the prospect of its application is prospected.

Key words:nano materials；biosensors；application