《納米技術(shù)及其應(yīng)用》公選課課程考察論文

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1、《納米技術(shù)及其應(yīng)用》公選課考察論文學(xué)院：材料與化學(xué)化工學(xué)院專業(yè)：生物工程姓名：王斌學(xué)號：201002010117選課序號：130納米材料在生物工程中的應(yīng)用[摘要]納米材料在生物傳感器、人造器官、疾病分析與治療、組織修復(fù)移植和藥物控釋載體等方面均有突出的貢獻(xiàn)，納米材料在生物工程方面的研究是當(dāng)前材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。主要介紹了納米材料在生物傳感器、人造器官和疾病的診斷方面的應(yīng)用，概述了納米材料在生物工程研究和應(yīng)用實(shí)例。[關(guān)鍵詞】納米材料：生物工程；生物傳感器；控釋載體納米材料因具有特殊的結(jié)構(gòu)效應(yīng)，如小尺寸效應(yīng)、表面界面效應(yīng)、量子尺寸

2、效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)及介電限域效應(yīng)等，使其在許多領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用前景[1-3]，尤其在生物工程中顯示出潛在應(yīng)用價(jià)值。其中納米材料在生物傳感器、人造器官、疾病分析與治療、組織修復(fù)、藥物載體等方面應(yīng)用較為廣泛。1生物傳感器生物傳感器是由生物分子識別元件以及物理、化學(xué)換能器組成，可用于分析和檢測多種生命和化學(xué)物質(zhì)。其特點(diǎn)：體積小、分辨率高、響應(yīng)時(shí)間短、所需樣品少、對活細(xì)胞損傷小。近年來，采用納米材料構(gòu)建的生物傳感器是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。納米材料應(yīng)用于生物傳感器領(lǐng)域后，不但提高了生物傳感器的檢測性能，而且促發(fā)了新型的生物傳感器，使生

3、物傳感器的化學(xué)和物理性質(zhì)以及它對生物分子或者細(xì)胞的檢測靈敏度大幅提高，檢測時(shí)間也得以縮短，并且可實(shí)現(xiàn)高通量的實(shí)時(shí)分析檢測。應(yīng)用于生物傳感器的納米材料有納米金屬、納米碳材料和納米硅材料。I．I納米金屬材料生物傳感器目前有很多將納米金屬材料用作生物傳感器的報(bào)道。對納米金屬材料尺寸、形狀、吸附等特性的研究應(yīng)用使得這項(xiàng)技術(shù)成為生物納米技術(shù)最令人興奮的部分。在眾多納米金屬材料中，納米金粒子是最常用的。由于納米金具有較大的比表面積、較高的催化活性以及較好的表面控制性，使基于納米金粒子構(gòu)建的生物傳感器具有非同尋常的特性。Jena等用L-乳酸

4、脫氫酶、羥胺和金納米粒子制作了對L_乳酸鹽敏感的生物傳感器，該傳感器具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、重現(xiàn)性好等特點(diǎn)。中科院上海應(yīng)用物理所研制出一種新型的電化學(xué)DNA納米生物傳感器，其特色是通過對電極界面納米尺度的精細(xì)調(diào)控，同時(shí)引入金納米粒子進(jìn)行電化學(xué)信號放大，從而顯著提高了DNA檢測的靈敏度IS]。賀秀蘭等將乙肝表面抗體(HBsAb)吸附在納米金粒子上，利用聚乙烯醇縮丁醛(PvB)薄膜的籠效應(yīng)把形成的復(fù)合物固定在玻碳電極表面，形成免疫傳感器，對乙肝表面抗原響應(yīng)。i．2納米碳材料碳納米材料中的碳納米管有極好的抗拉強(qiáng)度、極高的化學(xué)穩(wěn)定性、

5、優(yōu)良的導(dǎo)電性、極高的縱橫比以及催化活性的表面，使得基于碳納米管制作的生物傳感器具有靈敏度高、反應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，是制作生物傳感器的理想材料。用碳納米管制作的生物傳感器除對單獨(dú)存在的生物分子有極好的檢測性能外，在混合體系測定中也顯示了廣泛的應(yīng)用前景，能夠?qū)泊娴纳锓肿舆x擇性地檢測其中某一物質(zhì)，而不受其他共存物質(zhì)的干擾。王存嫦等∞將葡萄糖氧化酶固定在由碳納米管(CNT)、殼聚糖(CHIT)、甲苯胺藍(lán)(TB)組成的復(fù)合膜(TCNT—cHIT)電極上，該修飾電極對葡萄糖響應(yīng)的線性范圍為0．05~10mmol／L，檢測限為l0

6、mol／L。Valentini等[8]研究了在抗壞血酸存在下功能化的單壁碳納米管修飾電極對腎上腺素的選擇性測定，功能化的單壁碳納米管修飾電極能顯著提高腎上腺素的電化學(xué)檢測靈敏度和選擇性，而抗壞血酸和尿酸則觀察不到電化學(xué)信號。為了研究該傳感器對腎上腺素的選擇性響應(yīng)，Valentini等還用普通的碳納米管進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，普通的碳納米管修飾電極對腎上腺素沒有選擇性響應(yīng)。1．3納米硅材料對單晶硅進(jìn)行電化學(xué)腐蝕可以得到具有納米孔徑的多孔硅，這種材料具有室溫可見發(fā)光特性，同時(shí)還具有高比表面積和與現(xiàn)有硅加工技術(shù)相容的優(yōu)點(diǎn)，因此吸引

7、了很多研究者開拓其在生物傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。Lin等在多孔硅的表面固定抗體和DNA等敏感分子，通過檢測光干涉和折射率的變化，構(gòu)建了一種新型的免標(biāo)記生物傳感器，靈敏度可達(dá)1．942×i0—13mol／L。美國耶魯大學(xué)用傳統(tǒng)方法研制出一種簡易而敏感的硅材料納米生物傳感器，在抗體或者其他生物分子上覆蓋了一層直徑為30rlm的納米線，使其能夠捕獲特定種類的蛋白質(zhì)。2人造器官2．1納米陶瓷材料陶瓷材料在生物領(lǐng)域可制成具有生物活性的人造器官。納米陶瓷材料的問世，克服了傳統(tǒng)陶瓷材料氣孔和微小裂紋，以及因這種結(jié)構(gòu)缺陷所導(dǎo)致的可塑性差、脆性高等缺

8、點(diǎn)，并使陶瓷材料的強(qiáng)度、硬度、韌性和超塑性都大為提高。它所具有的高生物相容性和低細(xì)胞黏附性使之在人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒以及牙種植體、耳聽骨修復(fù)體等人工器官制造方面，有更廣泛的應(yīng)用和極大的發(fā)展前景。常用的納米陶瓷材料有羥基磷灰石、磷酸鈣和氧化鋁。羥基磷灰石分子式為Ca。(P0