纳米光学生物传感器的实验研究课件.pptx

1、纳米光学生物传感器的纳米光学生物传感器的实验研究实验研究2 信息检索实质是信息问题解决，信息检索的一般步骤也应是一个问题解决的过程。分析和利用信息 选择信息源 界定问题 制定策略并实施检索 评价信息 五步走界定问题界定问题 .分析研究问题 .建立背景知识 .拟定主题概念表 一、分析研究问题研究问题纳米光学生物传感器的实验研究研究目标研究方法及发展前景时间范围近十年地域范围国内外事件背景高速发展的科学领域、现代科学的前沿表 二、建立背景知识信息问题纳米光学生物传感器包含的主题概念 纳米传感器、光学传感器、生物传感器、Biosensor、Nanosensors、Optical sensor表 三、

2、拟定主题概念研究问题 纳米光学生物传感器的实验研究主题概念 纳米光学生物传感器主题词 传感器、实验研究、sensor、sensors、experimental study检索词 纳米传感器、光学传感器、生物传感器、实验研究、biosensor、nanosensors、optical sensor、experimental study扩展词 传感器、发展前景、sensors、sensor、prospect、prospects中文检索工具中文检索工具（1 1）中文检索工具）中文检索工具维普维普中文科技期刊数据库中文科技期刊数据库 CNKI中国期刊全文数据中国期刊全文数据库库 CNKI中国博士学位论

3、文中国博士学位论文全文数据库全文数据库 CNKI中国重要会议论文中国重要会议论文全文数据库全文数据库 万方数据资源系统万方数据资源系统超星电子图书超星电子图书中国国家知识产权局的专利中国国家知识产权局的专利数据库数据库搜索引擎：搜索引擎：Baidu、Google等等选择信息源外文检索工具 SDOS ARL ProQuest博硕士论文博硕士论文全文数据库全文数据库 EBSCOhost 美国专利商标局和欧洲专美国专利商标局和欧洲专利局利局 Google学术搜索学术搜索实施检索 （1）维普）维普中文科技期刊数据库中文科技期刊数据库命中3篇扩展检索，命中扩展检索，命中32篇篇（2）CNKI中国期刊全文

4、数据库中国期刊全文数据库 命中命中10篇篇（3）CNKI中国博士学位论文全文数据中国博士学位论文全文数据库库 命中命中14篇篇命中命中273篇篇（4）CNKI中国重要会议论文全文数据库中国重要会议论文全文数据库命中命中8篇篇（5 5）万方数据资源系统万方数据资源系统命中命中7 7篇篇（6）超星电子图书）超星电子图书命中命中0条条（7）中国国家知识产权局的专利数据库）中国国家知识产权局的专利数据库命中命中8条条（8）百度）百度（9 9）Google Google 学术搜索（中文）学术搜索（中文）（10）SDOS（11）ARL（12）ProQuest博硕士论文全文数据库博硕士论文全文数据库（13）

5、EBSCOhost（14）EI（15）Google学术搜索学术搜索（16）欧洲专利局）欧洲专利局获取原文获取原文（1）维普）维普中文科技期刊数据库中文科技期刊数据库（2 2）CNKICNKI中国期刊全文数据库中国期刊全文数据库 （3 3）CNKICNKI中国博士学位论文全文数据库中国博士学位论文全文数据库 （4 4）CNKICNKI中国重要会议论文全文数据库中国重要会议论文全文数据库 （5 5）万方数据资源系统万方数据资源系统 获取全文获取全文（6）超星数字图书馆）超星数字图书馆（7）中国国家知识产权局的专利数据库）中国国家知识产权局的专利数据库（8）百度）百度（9 9）Google Goog

6、le 学术搜索（中文）学术搜索（中文）（10）SDOS原文（11）ARL原文原文（12）ProQuest博硕士论文全文数据库原文博硕士论文全文数据库原文（13）EBSCOhost原文原文（14）EI原文获取（15）Google学术搜索获得的原文学术搜索获得的原文（16）欧洲专利局获取的原文检索结果分析检索结果分析 通过对各个检索工具的检索结果进行去重等处理，最后得到相关文献81篇，其中中文15篇，英文66篇。文献的年分布如下图所示：42检索结果分析检索结果分析1 从上图中我们可以看出对纳米光学生物传感器的实验研究呈逐年递增的趋势。2 2008年前后出现峰值。3 2005年后有明显的上升，表明对

7、纳米光学生物传感器的实验研究火热。4 中文文献的数量远少于英文文献的数量，这表明我国对纳米光学生物传感器的实验研究远不及国外，同志们仍需努力！43分析后得出的纳米光学生物传感器的实验研究方法：分析后得出的纳米光学生物传感器的实验研究方法： 纳米金属颗粒可以用于光共振检测，如通过抗原抗体或蛋白受体结合等方法在导电材料表面固定纳米金属颗粒团，由于纳米颗粒反射偶极子的相互作用，引起反射光的共振增强，通过检测共振信号即可探知待检测物质。纳米颗粒也可以用来定位肿瘤，荧光素标记的识别因子与肿瘤受体结合，然后在体外用仪器显示出肿瘤的大小和位置。纳米金属颗粒还可以作为一种通用的荧光湮灭基团，在寡核甘酸探针分子

8、的两端分别标记纳米金颗粒和荧光激发基团，探针由于碱基互补形成“发卡”结构，荧光激发基团和纳米金颗粒靠近，引起激发荧光湮灭；而当探针与特异性靶DNA结合后，其构象发生变化，纳米金颗粒和荧光激发基团分离，从而激发出荧光。该原理可用于核酸的实时荧光检测，以及单碱基突变多态性检测等。44(1) 新型光学流通式生物传感器新型光学流通式生物传感器 传统的光学传感器一般为静态响应，有许多不足之处，如污染问题、提供的测量数据精密度差、响应时间长、不能用不可逆反应进行分子识别等。建立动态响应模式，有望解决以上问题。另外，传统的光学生物传感器多用酶分子识别，但由于酶种类缺乏、价格昂贵及诸多影响酶活性因素的存在而限

9、制了其发展。寻找新的分子识别模式，是传感器发展的一个重要方向。如利用动植物组织、微生物、细胞进行分子识别，利用化学基础研究的新成果超分子化学进行超分子识别等，这些分子识别模式具有广阔的前景，值得人们探索和研究。本课题组改变传统光学传感器静态响应模式，把流动分析技术引入传感器的设计中，克服静态响应的缺点，建立动态响应模式，设计出流通式化学发光传感器、流通式荧光传感器和流通式室温磷光传感器，并对光学传感器的换能器和分子识别系统作了全面的研究，完成了一系列性能优良的流通式光学传感器。45(2) 光学传感器在纳米材料生物环境安光学传感器在纳米材料生物环境安全性研究中的应用全性研究中的应用 纳米生物环境

10、效应研究，是一个典型的综合性强的交叉学科领域，需要各个领域的研究者的共同参与，才能有效地完成纳米生物环境效应的研究。作为“科学技术的眼睛”的分析科学，在这项研究有着极其重要的作用。生物环境下的纳米颗粒检测方法和技术、纳米材料毒性检测新方法和新技术等是我们分析工作者义不容辞的研究任务。目前，用于研究纳米生物环境效应的检测方法和技术均为传统的研究毒理的方法，如MTT法。这些传统的方法适合常规的物质（如重金属离子、有机污染物），但不一定适合具有特殊性质的纳米尺度的物质。此外，这些传统的检测方法灵敏度不够高，而且费时、复杂，不利于掌握和操作。可见，建立和应用一些灵敏度高、成本低、简单、快速的检测技术和

11、方法，对于纳米材料生物环境效应研究是非常必要的。新的检测技术和方法的应用将可以大大地推动和促进纳米生物效应研究。46（3） 近场光学和纳米粒子生物传近场光学和纳米粒子生物传 感器感器 传统的光学显微技术在细胞生物学和分子生物学研究中应用很广，也能够用于分析活细胞，但分辨能力被Abbe衍射作用所限制，其理论分辨率最高为0.2m，放大倍数最高也只能达到1600倍。而近场光学显微镜和近场光学传感器是近年发展起来的一个新的技术，可以大幅度地提高显微镜的分辨率和放大倍数。我们实验室组装了一台近场光学显微镜，其分辨率为1-2nm，放大倍数从1600倍提高到25000倍，能更清晰地显示活细胞内被检测成分的分

12、布、含量及其动态变化。检测器为ICCD和雪崩金属光电倍增管（AMPMT）两种，并能同时进行数字显示、计算机处理和模拟显示，能够动态检测活细胞内物质代谢、能量代谢及信息传递过程并进行全程录像。47（4） 对光纤化学和生物传感器进对光纤化学和生物传感器进 行行了系统的理论研究了系统的理论研究 首次提出了双波长技术的荧光传感器，建立起了这类传感器的响应理论。这一理论被国内外所有光导纤维传感器专著引用，被评论为“双波长荧光传感器的诞生”和“理论上奠定了光纤荧光传感器的基础”；提出了基于光吸收的光纤传感器。首次提出一配合物形成模式作为分子识别系统的金属离子光纤传感器，建立金属离子荧光、吸收、反射传感器的

13、设计原理，这已成为离子光纤传感器的经典理论；把离子对萃取原理，应用于光纤传感器的设计中，完成了高灵敏、高选择性的钠离子、钾离子光纤传感器。系统地建立了各类光纤传感器的响应理论模式，这些理论已被作为经典理论被国内外学者接受，并已载入国内外有关专著中。当前，在对光导纤维生物传感器的分子识别反应和多维信息换能系统进行研究的基础上，研究无损在体和微量离体检测用新型光纤生物传感器，建立活体组织、人体体液、细胞等的高灵敏快速分析技术及其在体药代动力学分析方法，从而能快速、精确地反映活体组织及体液的变化，以适应临床快速诊断的要求。48（5）光纤纳米免疫传感器）光纤纳米免疫传感器 免疫传感器是指用于检测抗原抗

14、体反应的传感器，根据标记与否可分为直接免疫传感器和间接免疫传感器；根据换能器种类的不同，又可分为电化学免疫传感器、光学免疫传感器、质量测量式免疫传感器、热量测量式免疫传感器等。光学免疫传感器是将光学与光子学技术应用于免疫法，利用抗原抗体特异性结合的性质，将感受到的抗原量或抗体量转换成可用光学输出信号的一类传感器，这类传感器将传统的免疫测试法与光学、生物传感技术的优点集为一身，使其鉴定物质具有很高的特异性、敏感性和稳定性。而光纤纳米免疫传感器是在其基础上将敏感部制成纳米级，既保留了光学免疫传感器的诸多优点，又使之能适用于单个细胞的测量。49（6）光纤纳米荧光生物传感器）光纤纳米荧光生物传感器 一

15、些蛋白质类生物物质自身能发荧光，另一些本身不能发荧光的生物物质，可以通过标记或修饰使其发荧光；基于此，可构成将感受的生物物质的量转换成可用于输出信号的荧光生物传感器。荧光生物传感器测量的荧光信号可以是荧光猝灭，也可以是荧光增强；可测量荧光寿命，也可以测量荧光能量转移。光纤纳米荧光生物传感器具有荧光分析特异性强，敏感度高等优点，而且无需用参比电极，使用简便、体积微小等诸多优点，具有广泛的应用前景。美国杰克逊州立大学的研究人员制备出基于金纳米粒子的、小型化的、超灵敏的、激光诱导荧光光纤生物传感器，用来检测DNA分子。荧光信号的出现表明目标DNA已检测到，并且几个病原体也可同时检测到。这种便携式传感

16、器在所有重要类别的DNA检测中灵敏度、选择性、成本、易用性和速度可得到较好的结果。50前景展望前景展望 纳米技术在生物传感器的发展中正在发挥着非常重要的作用。由于纳米材料的特殊结构，使得它们可以提高生物传感器的灵敏性和响应效能。纳米材料的使用也引入了许多新的应用于生物传感器的信号转换技术。纳米技术在生物传感器的发展趋势是集成多功能、便携式、一次性的快速检测分析机器，可广泛用于食品、环境、战场、人体疾病等领域的快速检测，如食品和饮料中病原体或者农药残留成分的快速灵敏检测，环境中污染气体或者污染金属离子等远程检测和控制，人体血液成分和病原体的快速实时检测，人体健康的长期监测（如糖尿病患者血液中糖成分的长期监测等），以及战场生化武器的快速检测（如对炭疽病毒的检测等）。多种生物传感器的集成或者生物传感器阵列是生物传感器发展的另一个趋势，例如微电极阵列对二维微环境的检测等。分子自组装聚合物加工的研究呈上升趋势，其加工工艺简单可控，可以实现快速复制，而且成本较低，对生物传感器的发展有很重要的促进作用，有利于高灵敏度、低成本、一次性的纳米生物传感器的发展。其中生物分子自组装技术更引人注目，如有机生物膜制作的纳米胶囊，由于其天然的生物兼容性、优异的特异结合性能，是生物传感器发展的另一个全新领域。51