探讨生物医药中纳米生物传感器的运用

探讨生物医药中纳米生物传感器的运用

侯亚妮刘荣利许乐贠洁

西安培华学院陕西西安710125

【摘要】在21世界的各种新型材料中，纳米材料是其中比较重要的一种，在各行各业中的应用日渐广泛。将纳米材料与生物感应元件结合在一起，能够对化学、生物学分子进行选择性的识别，有利于促进纳米生物传感器的发展，近年来，纳米生物传感器逐渐被应用打破生物医药中，在一定程度上促进了医学技术的发展进步，本文对纳米生物传感器在生物药物中的应用与近期发展进行分析。

【关键词】生物医药；纳米生物传感器；运用

1.前言

纳米技术的进一步发展，给人们带来了很多新兴的材料，纳米材料的化学、电子特性比较独特，为新一代生物传感器的研制提供了很大的可能性。近些年来，生物制药技术不断发展进步，生物制药行业逐渐引入了纳米生物传感器，相较于其他传感器，纳米生物传感其有以下两个方面的优点，首先，具有可选择性，能够识别不同的生物元件，从而与其结合在一起，进而实现变换；其次，具有较高的灵敏性，当生物浓度发生改变时，纳米传感器能够灵敏地感觉到。纳米生物传感器在生物医药中的运用有很大的优势，生物制药领域应该积极探求合理引入纳米生物传感器的方法，研发更多新型药物，进一步促进生物制药技术的发展。

2.分析传感器中纳米材料的运用

众所周知，纳米材料最为明显的优点是合成具有可控性，新功能的纳米材料能够被创造出来的可能性极大，如果按照一定的比例缩小纳米材料，则很多纳米材料新的特性会被展示出来，纳米才大小范围为1-100nm，多种类型的纳米材料已经被应用到生物传感器中，比如碳纳米管、石墨烯、硅纳米线等[1]。纳米材料的化学、物理、磁学、光学特性比较独特，检测的特异性与敏感性很强，把其应用到生物传感器中，能够提高传感器的效果，但在应用的过程中，需要科学考虑纳米材料的类型，以实现良好的生物医药制备效果。

3.生物医药中纳米生物传感器的具体运用

3.1生物医药中核酸纳米生物传感器的运用

在基础生物学研究与遗传病筛查中，能够对特异性DNA进行检测的纳米生物传感器有很大的应用价值，DNA生物传感器把单链DNA固定在纳米材料上，能够促进序列特异性DNA的杂交，对目标DNA进行识别与互补。在传统的DNA检测中，常用的方法荧光分析法或者PCR，不但成本高，而且等待时间较长。纳米传感器能够使DNA的监测更加简便，不但省时，而且省力。核酸适体为合成的DNA，或者RNA寡核酸探针，能够与特异蛋白质结合，在金属离子、小分子有机分子中特异性、亲和性较强，合成核酸适体的成本不高，经工程改造后，可以在纳米传感器中应用[2]。另外，核酸适体具有可逆变性，能够实现持续的重复使用。相关研究认为，在对大分子中蛋白质进行识别与检测的过程中，核酸适体比较适用，在无标记电化学蛋白质检测中应用CPPy纳米管有很大的可行性。

3.2生物医药中纳米酶生物传感器的运用

酶的识别与催化特性比较独特，经常被当作生物传感器的识别元件，在酶与底物的反应过程中，酶的浓度会发生改变，这种改变能改被传感器通过检测识别出来，因此，这种酶生物传感器也被应用到生物电装置中。但这种传感器更多的是被应用到糖尿病的诊断与治疗中，在血糖水平的监测中有很大的应用价值，在此过程中们，需要把葡萄糖氧化酶固定在纳米材料上[3]。另外，部分纳米酶生物传感器也被应用到酶生物活性的检查中，比如把胰腺胆碱酯酶、谷氨酸脱氢酶等固定在纳米生物传感器上，实施分析物检测。

3.3生物医药中纳米抗体生物传感器的运用

抗体指的是由人或者其他动物的免疫系统产生的蛋白质，能够识别出抗原体、病毒等有机大分子，在生物传感器制造中的应用比较常见，当抗原与传感器表面上的抗体相结合后，纳米生物传感器能够灵敏地把与相关疾病有关的抗原检测出来，这在癌症相关的生物标记物开发中有较大的应用价值[4]。有研究者把氧化铟纳米线及碳纳米管当做传感器检测的前列腺特异抗原PSA，PSA是前列腺癌的一个标记，在男性前列腺诊断中应用较为广泛，研究这让抗PSA抗体附在纳米线的表面上，锚地到已经进行了功能化处理的纳米管表面上，由此制成传感器，这种传感器在前列腺癌的诊断中比较适用[5]。另外，还有研究者应用硅纳米线对癌标记抗原进行检测，他们应用进行了癌症标记的抗体修饰列阵对前列腺特异抗原、粘液素等进行检验，浓度最低可以达到0.9pg/ml，其中，抗原体之间相互产生的作用发出的电信号能够被纳米生物传感器检测出来[6]。

3.4生物医药中细胞纳米生物传感器的运用

纳米生物传感器也经常被应用来检测细胞信号，这种检测系统最为初级的传感器为全细胞，在检测过程中，会产生相应的信号，这种信号通常由二级传感器转化出来。纳米材料的表面与细胞之间生物、大小兼容性比较良好，比如，碳纳米管形成的纳米结构表面能够对细胞粘附、延伸等产生促进作用，研究界已经有关于把纳米线场效应晶体管阵列应用到细胞的检测方面的报道。应用纳米线场效应晶体管列阵，能够把心脏组织中的细胞反应记录下来[7]。另外，相关研究者应用巨磁阻抗GMI生物传感器对胃癌细胞进行检测，经RGD胎功能处理后的纳米颗粒，能够把胃癌细胞内的整合素识别出来，在胃癌细胞中加入经功能化处理后的纳米颗粒，当癌细胞与纳米颗粒复合，复合体在胞外磁场中暴露出来时，则可被巨磁阻抗检测出来，为癌症的控制提供依据。

4.结束语

纳米生物传感器的发展给现代生物医药检测手段带来了新的发展机遇，纳米传感器灵敏度、选择性比较，且无标记，作为一种具有高效性的监测手段，在癌症。代谢紊乱、遗传紊乱等疾病的诊断及新药物研制中有很大的应用价值。当前，纳米技术与生物技术发展程度日渐提高，在不久的将来，纳米生物传感器极有可能被运用到个性化用药、常规体检等医学诊治中，能够对医学技术的进一步发展产生促进性作用。

参考文献：

[1]林丽清，将周倩，蔡小辉.电化学生物传感器构建及在生物医药分析中的应用[J].临床医药文献电子杂志，2014，1（5）：3-4.

[2]郑佳.美国纳米传感器技术发展计划与战略部署[J].全球科技经济瞭望，2013，28（9）：34-40.

[3]赵彬，黎振华，宋世平.纳米生物传感器在前列腺癌早期检测中的应用[J].中国肿瘤临床，2014，41（1）：46-50.

[4]蔡冰洁，张国军.纳米场效应晶体管生物传感器在医学检测中的应用[J].检验医学，2015，30（6）：650-654.

[5]张文毓.纳米生物传感器的研究进展[J].传感器世界，2013，19（5）：55-56.

[6]周帆，王彤.硅纳米线生物传感器及其在医学检测中的应用[J].国际检验医学杂志，2015，36（8）：1123-1126.

[7]董世彪，赵荣涛，李杨.DNA电化学生物传感器检测病原微生物的应用研究进展[J].军事医学，2015，39（6）：480-483.

基金项目：西安培华学院校级课题资助项目（编号：PHKT20150767）