納米生物感測器

納米生物感測器

納米技術引入生物感測器領域后,提高了生物感測器的靈敏度和其它性能,並促發了新型的生物感測器。因為具有了亞微米尺寸的換能器、探針或者納米微系統,生物感測器的各種性能大幅提高。

技術結合


納米技術和生物技術是21世紀的兩大領先技術,在這兩者之間存在著許多技術交叉,其中,納米生物感測技術將有望成為新興產業。自從1967年第一支葡萄糖感測器誕生以來,生物感測技術已成為一前沿技術,它是一個由生物、化學、醫學、物理、電子技術等多種學科相互滲透形成的研究領域。生物感測器具有選擇性高、分析速度快、操作簡易和儀器價格低廉等特點,而且可進行在線甚至活體分析,在臨床診斷、環境監測、食品工業等方面得到了高度重視和廣泛應用。
納米技術主要是針對尺度為1nm~100nm之間的分子世界的一門技術。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域,基於此尺寸的系統既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統,因此有著獨特的化學性質和物理性質,如表面效應、微尺寸效應、量子效應和宏觀量子隧道效應等,呈現出常規材料不具備的優越性能。

技術研究


新技術的基礎是科學家們對細胞內天然生物感測器的研究成果。參與研究的羅馬第三大學的弗朗西斯科-里奇表示,探測轉錄因子活動的所有信息已被編入基因組中,而且當處於受激狀態時,這數千個不同的轉錄因子會依附於特定的目標DNA序列中,因此,可使用這些序列作為起始點來構建新的納米感測器
細菌到人,所有生物都使用“生物分子開關”(由RNA或蛋白製成、可改變形狀的分子)來監測環境。這些“分子開關”的誘人之處在於:它們很小,足以在細胞內“辦公”,而且非常有針對性,足以應付非常複雜的環境。
該研究團隊受到這些天然納米感測器的啟發,用DNA而非蛋白質RNA合成出了新的納米感測器。他們將三種天然DNA序列(每種能識別出不同的轉錄因子)進行了調整,將其編入分子開關中,當這些DNA序列與其目標結合時,這些分子開關就會變成熒光。科學家們能用這樣的納米感測器,通過簡單測量熒光強度來直接確定細胞內轉錄因子的活動。

應用


科學家們主要通過細胞編程技術改變某些轉錄因子的濃度,將幹細胞變成特定的細胞。新感測器能監測轉錄因子的活動,因此可確保幹細胞被正確地重新編程。它也能確定病人癌細胞中的哪個轉錄因子被激活,哪個被抑制,以便醫生對症下藥。因為其能直接在生物樣本體內工作,因此,它也能用於篩選和測試抑制腫瘤的新葯。
科學家們無需花費數小時將蛋白質從細胞中提取出來,只需將感測器直接放入細胞中,測量熒光強度即可。這種感測器可用來監測數千個轉錄因子的活動,以幫助科學家們更好地理解細胞分裂和發育機制。