近日，中國科學院化學研究所光化學院重點實驗室趙永生課題組利用高比表面積的一維納米材料，制備出一種更加靈敏的電化學發光納米生物傳感器。該項研究也為低維納米材料制備生物傳感器提供了重要的理論和實驗依據。

趙永生對記者表示，隨著科技的進步，傳感器和光學元件都將趨于小型化和集成化。有機低維納米材料由于其獨特的結構和新穎的物理、化學性質，在生物傳感、納米光子學領域中展現出廣闊的應用前景。

納米材料提高檢測性能

從細菌到人，所有生物都在使用“生物分子開關”來監測環境。此類“開關”，即由RNA或蛋白制成、可改變形狀的分子。這些“分子開關”的誘人之處在于：它們很小，足以在細胞內“辦公”，而且非常有針對性，足以應付非常復雜的環境。

受到這些天然“開關”的啟發，納米生物傳感器應運而生。

據趙永生介紹，生物傳感器是用固定化的生物體成分，如酶、抗原、抗體、激素等，或者是生物體本身的細胞、細胞器、組織等作為傳感元件制成的傳感器。

按所用分子識別元件的不同，生物傳感器可分為酶傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細胞器傳感器、免疫傳感器等；按信號轉換元件的不同可分為電化學生物傳感器、半導體生物傳感器、測熱型生物傳感器、測光型生物傳感器、測聲型生物傳感器等。

其中，電化學生物傳感器由于具有體積小、分辨率高、響應時間短、所需樣品少、對活細胞損傷小等特點，廣泛應用于醫藥工業、食品檢測和環境保護等領域。

如今，納米技術的介入更是為電化學生物傳感器的發展提供了新的活力。

趙永生稱，納米材料具有小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應及宏觀量子隧道效應等，使得其表現出奇異的化學、物理性質。

例如常見的碳納米材料，特別是碳納米管、石墨烯等，就表現出優良的力學性能、導電性能、表面性能及獨特的電化學性質。

此前，研究人員就曾用瓊脂糖將葡萄糖氧化酶和連接了二茂鐵的單壁碳納米管固定在玻碳電極表面，實現了對葡萄糖的快速靈敏檢測。碳納米管的引入還能夠顯著提高電化學敏感膜中電活性物質的氧化還原可逆性，同時消除了溶解氧對測定的干擾。

在趙永生看來，納米材料應用于電化學生物傳感器領域后，不僅提高了傳感器的檢測性能，而且提升了傳感器的化學和物理性質以及它對生物分子或細胞的檢測靈敏度，檢測時間也得以縮短，與此同時還實現了高通量的實時分析檢測。