纳米技术和生物传感器的研究应用

 纳米技术引入生物传感器领域后,提高了生物传感器的灵敏度和其它性能,并促发了新型的生物传感器。因为具有了亚微米尺寸的换能器、探针或者纳米微系统,生物传感器的各种性能大幅提高。     接下来本文就将纳米技术和生物传感器的结合以及技术研究,应用作简要的分析。  

纳米技术和生物传感器的研究应用_人工智能_机器人


 技术结合


纳米技术和生物技术是21世纪的两大领先技术,在这两者之间存在着许多技术交叉,其中,纳米生物传感技术将有望成为新兴产业。自从1967年第一支葡萄糖传感器诞生以来,生物传感技术已成为一前沿技术,它是一个由生物、化学、医学、物理、电子技术等多种学科相互渗透形成的研究领域。生物传感器具有选择性高、分析速度快、操作简易和仪器价格低廉等特点,而且可进行在线甚至活体分析,在临床诊断、环境监测、食品工业等方面得到了高度重视和广泛应用。


纳米技术主要是针对尺度为1nm~100nm之间的分子世界的一门技术。该尺寸处在原子、分子为代表的微观世界和宏观物体交界的过渡区域,基于此尺寸的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,因此有着独特的化学性质和物理性质,如表面效应、微尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等,呈现出常规材料不具备的优越性能。

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 技术研究


新技术的基础是科学家们对细胞内天然生物传感器的研究成果。参与研究的罗马第三大学的弗朗西斯科-里奇表示,探测转录因子活动的所有信息已被编入基因组中,而且当处于受激状态时,这数千个不同的转录因子会依附于特定的目标DNA序列中,因此,可使用这些序列作为起始点来构建新的纳米传感器。


从细菌到人,所有生物都使用“生物分子开关”(由RNA或蛋白制成、可改变形状的分子)来监测环境。这些“分子开关”的诱人之处在于:它们很小,足以在细胞内“办公”,而且非常有针对性,足以应付非常复杂的环境。


该研究团队受到这些天然纳米传感器的启发,用DNA而非蛋白质或RNA合成出了新的纳米传感器。他们将三种天然DNA序列(每种能识别出不同的转录因子)进行了调整,将其编入分子开关中,当这些DNA序列与其目标结合时,这些分子开关就会变成荧光。科学家们能用这样的纳米传感器,通过简单测量荧光强度来直接确定细胞内转录因子的活动。

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 应用


科学家们主要通过细胞编程技术改变某些转录因子的浓度,将干细胞变成特定的细胞。新传感器能监测转录因子的活动,因此可确保干细胞被正确地重新编程。它也能确定病人癌细胞中的哪个转录因子被激活,哪个被抑制,以便医生对症下药。因为其能直接在生物样本体内工作,因此,它也能用于筛选和测试抑制肿瘤的新药。


科学家们无需花费数小时将蛋白质从细胞中提取出来,只需将传感器直接放入细胞中,测量荧光强度即可。这种传感器可用来监测数千个转录因子的活动,以帮助科学家们更好地理解细胞分裂和发育机制。

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