生物芯片进展*

生物芯片是近二十年来生物技术领域发展迅速和获得重大突破的高新技术,该综述介绍了经典的平铺生物芯片（DNA和蛋白质芯片）之后,重点介绍了近十年来发展的新的生物芯片的概念和内容：质谱为读出机制的表面增强激光解析离子化飞行时间质谱（SELDI）芯片、高通量DNA测序技术、基于胶体光子晶体的微球高通量生物检测技术、三维阵列生物芯片技术、和微流控等生物芯片技术。描述了各种生物芯片技术的优点、应用范围、和有待解决的问题,最后展望了生物芯片技术的未来。     

编码微载体的制备及其生物医学应用

高通量分析技术在生物检测、药物递送、材料评估和防伪等方面有着重要的应用,这些应用通常依赖于多元分析来实现。编码微载体技术为多元分析提供了一个可行的策略。编码微载体通过赋予不同微载体不同编码信息来实现编码,编码方式通常为图形编码、光学编码等的一种或多种,并通过每个微载体编码信息的不同来实现对生物分子、细胞和材料的区分和检测。本文总结了编码微载体领域的研究进展,介绍了微载体常用的编码策略,并重点阐述了基于编码微载体的分析技术在多元检测、细胞培养与捕获、药物评估、药物递送和防伪等领域的应用。最后,我们总结了编码微载体的优缺点,并对其发展前景进行了展望。     

基于编码微球的筛选方法

基于编码微球的筛选方法是多组分生物检测、生物活性物质筛选等研究的热点。本文简要介绍基于编码微球的筛选技术,并对微球的编码方法进行了重点评述。     

微纳米稀土氯氧化物的合成研究进展

稀土氯氧化物作为一种重要的发光基质,具有较高的光吸收效率和传能效率,在彩色显示、催化、生物医药、光电转换、气敏等领域均有广泛的应用,已成为光功能材料领域的研究热点之一。目前研究者已用固相法、沉淀法、液相-高温焙烧法、水热与溶剂热法、前驱体热解法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法等方法成功地制备了稀土氯氧化物微米颗粒,纳米颗粒、纳米条、纳米片、纳米棒、纳米针、纳米纤维、纳米带、纳米管等稀土氯氧化物微纳米材料。总结了各种制备方法的研究进展及优缺点,并结合本课题组在稀土氯氧化物纳米材料方面的研究工作,对稀土氯氧化物微纳米材料的制备方法的发展方向进行了展望。     

单纳米颗粒在超微电极上的碰撞电化学分析：微电极和纳米管电极

纳米颗粒的功能与其尺寸、电荷密度和表面化学性质等密切相关,因此研究其内在关系至关重要。近年来,基于纳米颗粒碰撞的电化学方法可以实现对单个纳米颗粒的尺寸、浓度和聚集状态快速检测,进而有效区分纳米颗粒的个体差异和探索单个颗粒活性-结构之间的关系。鉴于电极的尺寸、形状对单颗粒碰撞结果存在显著影响,本文将重点介绍不同颗粒（金属、半导体和绝缘体）与传统超微电极和纳米管电极之间的碰撞行为,并基于目前纳米电化学碰撞技术的不足,展望未来纳米电化学碰撞技术的发展方向。     

高分子-无机复合纳米微球的制备和诊疗应用

目前,高分子-无机复合纳米微球因兼有高分子微球和无机纳米材料两者的性能优势而备受关注。其中,由可塑生物相容性的高分子与拥有特殊光、磁及电学性质的无机物组成的纳米微球,在疾病诊疗中应用前景广阔。功能高分子同多种无机粒子、活性分子可以复合形成多功能纳米微球,用于实现多模态成像诊断和可视化跟踪治疗。本文基于复合纳米微球的各种合成方法介绍,阐述了它们在靶向药物传输、生物成像、细胞分离、生物传感及热疗等诊疗领域的应用。同时,对纳米医疗领域前景和挑战进行了评述,为构建新型诊疗复合纳米微球提供有用信息。     

纳米颗粒透明分散体及其高性能有机无机复合材料

纳米颗粒分散是无机纳米材料在有机体系中应用的关键.本文提出了采用纳米颗粒液相分散体制备高度分散纳米透明有机无机复合材料的新方法,发明了超重力反应-萃取相转移方法制备纳米颗粒液相透明分散体技术,介绍了其制备原理和实施效果,以及其在纳米复合节能膜、纳米润滑油脂和高固含量光学材料等有机无机纳米复合材料中的最新研究进展.     

基于纳米材料的细胞释放生物信号分子电化学传感器的研究进展

电化学传感器已被证实是一种检测细胞释放信号分子的有效方法.纳米材料如碳纳米材料、金属纳米颗粒,以及纳米复合材料等因其独特性质在电化学分析技术方面应用广泛.本文综述了近年来基于纳米材料的电化学传感器用于检测细胞中释放的信号分子的研究进展,并展望了其发展方向.     

银纳米颗粒@二氧化硅微球SERS基底的制备

采用溶胶-凝胶技术制备富含巯基的二氧化硅微球,在其表面原位合成银纳米颗粒,将其作为表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)的活性基底材料,重点讨论了银纳米颗粒作为"热点"对SERS性能的影响。银纳米颗粒的原位生成导致微球表面粗糙化,致密的纳米颗粒能够形成更多的热点,分别采用透射电镜、扫描电镜、X射线光电子能谱、Raman等对银纳米颗粒在微球表面生长状况进行了表征。结果表明,微球表面的巯基直接导致银纳米颗粒的生长,并为银纳米颗粒的稳定性提供了还原性环境。     

介电力显微术：一种观察纳米材料中电荷行为的新方法

功能纳米器件中组成材料间的电荷转移输运过程对于器件中的物理化学过程以及由此引发的器件功能会有重大影响,因此,深入理解器件工作过程中的电子／离子行为机理对于优化器件功能以及进一步开发纳米材料的应用潜力具有重要意义．传统场效应晶体管对于纳米材料的电输运测量表征反映了载流子在整个器件中的统计行为,但难以检测电荷具体的转移输运过程．同时,由于纳米材料的尺寸和分散性,基于纳米材料的场效应晶体管面临着制备困难、电极／纳米材料接触复杂和制作成本高等问题．因此,本课题组发展了介电力显微术（dielectricforcemicroscopy,DFM）方法并实现了对纳米材料电学性质的无接触、高空间分辨率和快速表征．本文介绍了介电力显微术的基本原理,列举了其在探究一维纳米材料、纳米颗粒以及有机半导体薄膜电学性质上的一些应用实例．这些实例验证了介电力显微术对纳米材料电学性质的表征能力,并展现了这一技术在纳米材料物理化学性质和纳米器件功能研究上的广阔前景．     

基于石墨烯纳米材料的DNA测序研究进展

设计和研发快速、准确、价廉、高通量的DNA测序方法,对于预防早期疾病和了解相关疾病机理具有非常重要的意义。新型纳米材料石墨烯由于具有独特的结构和性质,在化学和生物科学等领域发挥着重要的作用。该文介绍了DNA测序的研究现状以及应用石墨烯纳米材料的优势,重点阐述了DNA链通过石墨烯纳米孔、石墨烯纳米间隙、石墨烯纳米带时产生不同的电流信号识别碱基序列的原理,同时介绍了DNA链与石墨烯的相互作用对DNA测序的影响,并对DNA测序的研究方向进行了展望。该文为基于石墨烯纳米材料的DNA测序提供了作用原理、理论研究以及检测方法等参考。     

电化学葡萄糖传感器

作为电化学生物传感器中最重要的研究内容之一,葡萄糖生物传感器在数十年的发展中取得了巨大进展。本文综述了近年来利用纳米技术设计的新型电化学葡萄糖传感器的主要研究进展,并从纳米材料维度分类进行了讨论。其中,零维纳米材料主要讨论了包括金纳米颗粒、银纳米颗粒以及铜、铂等金属纳米颗粒材料; 一维纳米材料主要讨论了通过模板法制备的金属或金属氧化物纳米线以及单臂或者多壁纳米管材料; 二维纳米材料主要总结了以碳为基础的石墨烯材料和一些片状的金属材料。纳米材料对电化学葡萄糖传感器的影响主要集中在生物相容性、增强检测灵敏度、酶的固定等方面。此外,本文也对电化学葡萄糖传感器的今后发展做了展望。     

纳米润滑材料研究及应用

介绍了纳米无机单质、无机盐、氢氧化物、氧化物、高分子微球和有机无机纳米微球的摩擦学研究及纳米材料的润滑作用机理、应用现状及其发展前景。     

碗形胶体颗粒/阵列薄膜的制备及性能研究进展

随着科学技术和应用需求的快速发展, 对胶体颗粒形貌、尺寸和组分提出了越来越高的要求, 简单组成的球形颗粒已经难以满足需求. 微/纳米碗形胶体颗粒/阵列薄膜由于具有比表面积大、结构对称性下降等特点, 在纳米反应器、药物运载、高灵敏度传感器、数据储存、自组装等方面有着广阔的应用前景, 其研究、开发和应用已经成为微／纳米材料研究领域的热点. 概述了近十年来国内外碗形胶体颗粒/碗形阵列薄膜的研究进展, 按照无机和金属、聚合物两大类分别对碗形材料的各种制备方法进行了详细介绍, 目前主要有单层胶体晶体模板法、碗形阵列薄膜模板法、诱导生长法、异形颗粒法、中空微球内陷法、种子聚合法、溶剂处理法等; 按照材质种类, 分别对TiO₂, ZnO, Fe_xO_y, 贵金属、聚合物等碗形颗粒/阵列薄膜的结构与性能研究进行了概述, 指出了其潜在的应用领域; 并进一步展望了该领域未来的发展趋势.     

核酸功能化稀土基纳米材料在生物检测中的应用

体内一些生物分子和离子的水平通常与细胞、组织、器官等结构和功能的变化相关,从而直接影响到疾病的预防、诊断和治疗,因此对体内这些物质的生物检测在医疗和健康领域具有重要的意义.基于稀土基纳米材料构建的纳米荧光探针具有灵敏度高、简单高效、抗干扰能力强等优点,在生物检测方面具有巨大的潜力.对稀土基纳米材料的核酸功能化能够进一步为纳米荧光探针提供更好的特异性识别能力和生物相容性,从而增强其在复杂样品中的生物检测能力.本综述总结了核酸功能化的稀土基纳米材料作为纳米荧光探针在生物检测领域的研究进展,简要介绍了其主要种类和性能、检测机理及检测物质,最后对该领域面临的挑战及未来的发展方向进行了展望.     

荧光纳米材料在病原微生物检测中的应用

病原菌污染给人类的健康带来极大的安全隐患,对病原菌快速、准确和灵敏的检测是减少污染的重要手段。传统检测病原菌的方法存在耗时长和操作繁琐等缺点。荧光纳米材料具有荧光强度高、稳定性好以及良好的生物相容性等优势,为应用其构造传感器用于病原菌检测提供了新的研究途径。本文对近年来常见荧光纳米材料,包括半导体量子点、金属纳米簇、碳纳米材料、上转换纳米粒子和荧光硅纳米颗粒,在病原菌检测方面的应用进行了概述,着重将不同类别荧光纳米材料的光学性质和检测机理进行了分析和比较。纳米材料的生物修饰是实现病原菌特异性识别的重要环节,本文对抗体、适配体、噬菌体和抗生素等病原菌识别方式的特点及其与纳米材料的连接方式进行了介绍。最后对不同荧光纳米材料在检测病原菌中具有的优势和局限性进行了总结,并对其在未来的应用与研究重点进行了展望。     

发光防伪与加密功能材料研究进展

信息的加密与防伪技术是当今信息安全领域中的重要研究内容,其中光学加密与防伪技术由于其并行性、高通量和低成本而倍受人们的青睐.本文主要综述了具有荧光防伪和加密功能的有机及纳米材料最新进展,主要包括室温磷光、刺激响应发光、上转换发光、激发依赖发光、单晶多色可调发光、多元防伪编码以及荧光寿命加密等,简要介绍了基于发光纳米材料的防伪油墨制备方法以及印刷工艺,提出了发光防伪与加密功能材料未来的研究方向.     

复杂基质中纳米成分的定量分析技术进展

随着各种纳米材料的不断研发和应用,纳米材料已进入人们日常生活的各个领域。不同尺寸和化学组成的纳米颗粒可通过各种途径泄漏到环境中成为纳米废弃物,其特殊的理化性质可能对人类健康构成严重危害,建立有效的分析检测方法具有重大意义。纳米粒子具有颗粒小、比表面积大、易团聚等特点,尤其在基质复杂的实际样品中易发生改变,不能直接进行仪器分析。而且,大多数仪器分析要求对进样液体进行稀释,而纳米颗粒的稳定性易受到溶液p H值、离子强度以及稀释过程的影响。因此,复杂基质中纳米成分的分析成为难点。该文介绍了纳米材料的特性和使用情况,综述了纳米颗粒分析中固态样品和液态样品的制备方法,常用定性定量分析方法以及近年来发展的单粒子质谱、场流分离色谱与质谱联用等新技术,并对纳米成分的分析技术进行了展望。     

单颗粒电化学分析

颗粒因其在基础研究和实际应用中均具有重要的价值,因而得到了广泛的关注.由于颗粒的功能和性质与其形貌、尺寸、电荷密度和表面化学性质等密切相关,因此,发展可用于单个颗粒(简称单颗粒)检测和分析的方法对于了解颗粒结构与性能的关系,进而研究其功能将具有重要的意义.单颗粒电化学(electrochemic alanalysis of single nanoparticle)检测技术是在最近几年发展起来的,由于其可以精确地探测单个纳米颗粒的性质(如表面电荷、几何尺寸、表面化学),因而展现出了诱人的应用前景.本文将对最近发展起来的单颗粒电化学检测方法进行详细介绍,并根据检测原理将单颗粒电化学检测分为3类:基于碰撞原理的微电极技术、基于电阻-脉冲原理的纳米通道技术以及基于电化学和其他方法的联用技术.基于此分类,重点综述单颗粒电化学检测的原理、方法和潜在的应用.     

外加场分离技术与微流控技术联用在微纳尺度物质分离中的研究进展

微纳尺度物质的分离和分选在精准医学、材料科学和单细胞分析等研究中至关重要。精准、高效和快速的分离微纳尺度物质能够为癌症的早期诊断、生物样品检测和细胞筛选提供重要帮助,其中基于外加场分离技术的分离微纳尺度物质因可以对微纳尺度物质高效在线分离和分选,被广泛应用于微纳米颗粒、外泌体以及生物细胞的分离工作中,而目前多数外加场分离技术存在装备繁琐和样品消耗大等问题。微流控技术是一种通过制作微通道和微流控芯片操纵微小流体对微纳尺度样品组分进行分离的技术,因具有快速检测、高通量、在线分离、集成性高、成本低等优势现被应用于微纳尺度物质分离分析中,是一种微纳尺度物质分离的有效方法,通过在微流控芯片上设计不同的通道及外部配件提高主动场对微纳尺度物质分离效率。外加场分离技术与微流控技术联用可以实现微纳尺度物质的无损、高效、在线分离。该综述主要概述了近年来在微流控芯片上依托流动场、电场、磁场及声场等外加场分离技术来提高对微纳尺度物质分离效率的研究现状,并将各个外力场对单细胞、微颗粒等微纳尺度物质的分离进行分类介绍,总结各自的优缺点及发展应用,最后展望了外加场分离技术与微流控技术联用在应用于癌细胞的早期筛查、精确分离微尺度物质领域的未来发展前景,并提出联用技术的优势和未来应用等。