納米生物傳感器

新技術(shù)的基礎(chǔ)是科學(xué)家們對細(xì)胞內(nèi)天然生物傳感器的研究成果。參與研究的羅馬第三大學(xué)的弗朗西斯科-里奇表示，探測轉(zhuǎn)錄因子活動的所有信息已被編入基因組中，而且當(dāng)處于受激狀態(tài)時，這數(shù)千個不同的轉(zhuǎn)錄因子會依附于特定的目標(biāo)DNA序列中，因此，可使用這些序列作為起始點(diǎn)來構(gòu)建新的納米傳感器。

從細(xì)菌到人，所有生物都使用“生物分子開關(guān)”（由RNA或蛋白制成、可改變形狀的分子）來監(jiān)測環(huán)境。這些“分子開關(guān)”的誘人之處在于：它們很小，足以在細(xì)胞內(nèi)“辦公”，而且非常有針對性，足以應(yīng)付非常復(fù)雜的環(huán)境。

該研究團(tuán)隊(duì)受到這些天然納米傳感器的啟發(fā)，用DNA而非蛋白質(zhì)或RNA合成出了新的納米傳感器。他們將三種天然DNA序列（每種能識別出不同的轉(zhuǎn)錄因子）進(jìn)行了調(diào)整，將其編入分子開關(guān)中，當(dāng)這些DNA序列與其目標(biāo)結(jié)合時，這些分子開關(guān)就會變成熒光?？茖W(xué)家們能用這樣的納米傳感器，通過簡單測量熒光強(qiáng)度來直接確定細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子的活動。

科學(xué)家們主要通過細(xì)胞編程技術(shù)改變某些轉(zhuǎn)錄因子的濃度，將干細(xì)胞變成特定的細(xì)胞。新傳感器能監(jiān)測轉(zhuǎn)錄因子的活動，因此可確保干細(xì)胞被正確地重新編程。它也能確定病人癌細(xì)胞中的哪個轉(zhuǎn)錄因子被激活，哪個被抑制，以便醫(yī)生對癥下藥。因?yàn)槠淠苤苯釉谏飿颖倔w內(nèi)工作，因此，它也能用于篩選和測試抑制腫瘤的新藥。

科學(xué)家們無需花費(fèi)數(shù)小時將蛋白質(zhì)從細(xì)胞中提取出來，只需將傳感器直接放入細(xì)胞中，測量熒光強(qiáng)度即可。這種傳感器可用來監(jiān)測數(shù)千個轉(zhuǎn)錄因子的活動，以幫助科學(xué)家們更好地理解細(xì)胞分裂和發(fā)育機(jī)制。

納米技術(shù)和生物技術(shù)是21世紀(jì)的兩大領(lǐng)先技術(shù)，在這兩者之間存在著許多技術(shù)交叉，其中，納米生物傳感技術(shù)將有望成為新興產(chǎn)業(yè)。自從1967年第一支葡萄糖傳感器誕生以來，生物傳感技術(shù)已成為一前沿技術(shù)，它是一個由生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、物理、電子技術(shù)等多種學(xué)科相互滲透形成的研究領(lǐng)域。生物傳感器具有選擇性高、分析速度快、操作簡易和儀器價格低廉等特點(diǎn)，而且可進(jìn)行在線甚至活體分析，在臨床診斷、環(huán)境監(jiān)測、食品工業(yè)等方面得到了高度重視和廣泛應(yīng)用。

納米技術(shù)主要是針對尺度為1nm～100nm之間的分子世界的一門技術(shù)。該尺寸處在原子、分子為代表的微觀世界和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，基于此尺寸的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，因此有著獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，如表面效應(yīng)、微尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，呈現(xiàn)出常規(guī)材料不具備的優(yōu)越性能。

按照其感受器中所采用的生命物質(zhì)分類，可分為：微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、細(xì)胞傳感器、酶傳感器、DNA傳感器等。按照傳感器器件檢測的原理分類 ，可分為：熱敏生物傳感器、場效應(yīng)管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、聲波道生物傳感器、酶電極生物傳感器、介體生物傳感器等。按照生物敏感物質(zhì)相互作用的類型分類，可分為親和型和代謝型兩種。 解讀詞條背后的知識 查看全部

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生物傳感器按是否使用標(biāo)記物分為兩類：一類是標(biāo)記型生物傳感器，檢測時先用熒光素、放射性同位素或酶等標(biāo)記物對被測生物進(jìn)行標(biāo)記，然后通過檢測標(biāo)記物的信號來獲取被探測物的信息。目前使用的免疫傳感器大多數(shù)屬于這一類，然而利用放射性標(biāo)記物檢測，對于工作人員具有一定的危害，用熒光檢測時非特異性熒光也會影響測量結(jié)果。標(biāo)記型生物傳感器所用的測試儀器體積大、價格昂貴、耗時，需要專業(yè)人員完成，并且指示劑價格昂貴，要集合幾十個樣本同時測量，讓患者在等待中承受巨大的痛苦。另一類是免標(biāo)記型生物傳感器，不需要對探測物進(jìn)行標(biāo)記，而是直接通過生物復(fù)合物形成時的物理、化學(xué)變化對生物對象進(jìn)行檢測，極大地簡化了操作過程，因此免標(biāo)記生物傳感器成為了生物傳感器的一個重要研究方向 。

免標(biāo)記生物傳感器按照工作原理不同分為：表面等離子體諧振腔生物傳感器、光學(xué)諧振腔生物傳感器、光子晶體生物傳感器和光纖生物傳感器等。免標(biāo)記光纖生物傳感器是免標(biāo)記生物傳感器家族中的重要一員，是光纖技術(shù)與生物技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。由于光纖傳感器具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、不易受電磁干擾等其它器件所不具備的優(yōu)點(diǎn)，而免標(biāo)記的生物檢測方法又可以將生物化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y信號，不需要加入標(biāo)記物，測試過程簡單直接，因此免標(biāo)記光纖傳感器已經(jīng)成為生物傳感器研究的重要方向 。

根據(jù)敏感元件不同,光纖生物傳感器可大致分為免疫傳感器、酶生物傳感器和核酸傳感器等,現(xiàn)分別作詳細(xì)介紹 。

1光纖免疫傳感器

這是目前研究與應(yīng)用較多的光纖生物傳感器。光纖探頭多位于軸向近端面,須去除保護(hù)層和包層,裸露纖芯,再對纖芯進(jìn)行硅烷化處理,然后抗體藉助雙功能交叉聯(lián)結(jié)劑共價連接在硅烷化纖芯表面C抗體的固定方式是影響傳感器檢測靈敏度的重要因素 。

2光纖酶生物傳感器

光纖酶生物傳感器用酶作分子識別器,與光纖結(jié)合起來,對測試物進(jìn)行分析,常用的酶有氧化還原酶(如乳酸脫氫酶、葡萄糖氧化酶等)和水解酶(如堿性磷酸酶、乙酞膽堿酶等)。根據(jù)換能器的能量轉(zhuǎn)換方式可分為化學(xué)發(fā)光型、熒光型、生物發(fā)光型、光吸收型、指示劑型等 。