几种常见纳米材料构建的光学传感体系在生化分析中的应用

近年来生物传感新体系的出现,极大地推动了生物医学、分析、环境等研究领域的发展.由于纳米材料具有一些独特的理化性质,常作为载体材料、信号分子等被广泛应用于构建光学生物传感体系.主要介绍了基于金纳米粒子、石墨烯、碳纳米管、量子点、硅纳米粒子几种常见纳米材料构建的光学传感体系及其在生化分析中的应用.分析讨论了这些体系的原理和实际应用,并展望了其研究和应用前景.     

碳纳米材料在修饰电极领域的应用

碳纳米材料具有良好的力学、电学及化学性能等特点,被人们广泛研究,特别是具有大比表面积、高的电导率和良好生物相容性的碳纳米管和石墨烯更是研究的热点,在电化学领域显示出独特的优势.采用碳纳米材料修饰的电极具有高灵敏度、高选择性及优良的媒介作用.主要阐述了碳纳米材料在修饰电极领域中的应用,从功能及应用上重点探讨了近年来碳纳米管、石墨烯、富勒烯、纳米金刚石等碳纳米材料在修饰电极领域的研究进展.     

碳纳米材料在生物医学领域的应用现状及展望

随着纳米技术的飞速发展,纳米材料已成为一种新型材料。纳米材料具有独特的物理化学性质,如小尺寸效应、巨大比表面积、极高的反应活性、量子效应等,这些特性使纳米科学成为当今世界三大支柱科学之一。碳纳米材料是纳米材料领域重要的组成部分,主要包括碳纳米管、富勒烯、石墨烯、纳米钻石及其衍生物等。由于其独特的理化特性,它们在生物医学领域具有广泛的应用前景。另外,随着碳纳米材料的产业化,各种形式的碳纳米材料将以不同途径进入人们的生活,纳米材料的生物安全性问题正受到世界各国科学家的广泛关注。本文综述了这四类碳纳米材料在组织工程、药物/基因载体、生物成像、肿瘤治疗、抗病毒/抗菌、生物传感等生物医学领域的应用现状以及存在的生物安全问题,最后,讨论了该领域未来的研究内容和方向以及亟待研究的重要问题。     

有机纳米材料在肿瘤光热治疗中的应用

光热治疗是利用在近红外具有较强光吸收的材料将光能转化为热能从而杀死癌细胞,与传统的化疗、放疗相比具有副作用小、治疗特异性好的优点。近年来各种不同的纳米材料被用于肿瘤光热治疗,并在动物肿瘤模型实验中取得了令人鼓舞的治疗效果。本文重点介绍几种典型的有机纳米材料在光热治疗中的应用,并讨论这一新兴领域的发展趋势。     

碳纳米材料的超分子表面修饰及应用

目前碳纳米材料已经成为纳米科学研究中的热点,它的特殊结构使其具有特殊的物理化学性能,对其进行超分子修饰可以提高其分散性以及赋予其新的性能,已经引起研究人员的广泛兴趣.本文综述了近年来碳纳米材料的超分子修饰以及其应用研究.重点阐述碳纳米管和石墨烯通过不同的超分子作用,如pi-pi相互作用、疏水相互作用、氢键相互作用、静电相互作用等进行修饰制备具有不同功能的超分子碳纳米材料,以及在光电材料、药物和基因传输以及化学生物传感器等领域的应用.     

分子实验室探针在生化分析中的应用研究进展

分子实验室探针（lab-on-a-molecule probe）是基于分子级别的检测,能够提供空间高密度的感应信号,其主要分为分子逻辑门、分子多模式检测以及兼具2者功能的探针,该探针在多分析物的定性以及竞争分析的定量灵敏检测中发挥了重要的作用。对上述3类探针在生化分析（金属阳离子、无机阴离子、氨基酸、蛋白质、致病菌等）中的应用进行了总结。     

碳纳米材料及其在多相催化中的应用

碳纳米材料（包括零维、一维、二维碳纳米材料以及碳纳米孔材料）是一类新型的催化剂或催化剂载体材料,在氧化脱氢、选择加氢、合成氨、氨分解制氢以及燃料电池等多相催化领域具有广阔的应用前景。本文综述了近年来新型碳纳米材料在多相催化领域中的应用研究进展,介绍了这类催化材料的制备方法,重点阐述了碳载体的微/介观结构、掺杂、电子性质、表面性质、限域效应等对所担载的催化活性组分的分散,对反应物的扩散以及对催化反应的活性和选择性等方面的影响。     

新型碳纳米材料在电化学中的应用

由于碳纳米材料具有良好的力学、电学及化学性能而被人们广泛研究,特别是对于具有大比表面积、高的电导率和良好生物相容性的碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯更是研究的热点。这些新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性,被广泛地应用于诸多领域,特别是在电化学领域中显示出其独特的优势。本文主要阐述了碳纳米材料在电化学领域包括生物传感器、超级电容器和燃料电池中的应用。碳纳米材料由于高的比表面积和其较好的生物相容性,在生物电催化反应中起着重要作用,能够提高酶的直接电子传递速率,因而基于碳纳米材料构建的生物传感器灵敏度高、线性范围宽、重复性和稳定性能好。碳纳米材料是超级电容器研究最早和最成熟的一种,由其制备的超级电容器循环稳定性好,再通过和一些赝电容型电极材料复合,可使其比电容得到提高。另外,碳纳米材料作为燃料电池中的催化剂,能够提高燃料电池的能量密度、燃料利用率和抗中毒能力。     

g-CN体系的准粒子能带结构和光学特性

利用多体格林函数理论,本文研究了二维CN体系(包括triazine和tri-s-triazine)的激发态特性。通过GW方法,我们计算了准粒子的能量。考虑电子-空穴相互作用,通过求解Bethe-Salpeter方程,我们获得了激发态能量和光谱。我们发现,在这两种CN体系的价带中,σ轨道和π轨道之间的交换作用非常强烈。由于占据的σ轨道和π轨道之间的准粒子修正量非常不同,因此,为了得到准确的带隙值和光谱,我们需要对这两种轨道开展精确的GW计算。与单层的CN体系相比,双层结构中层与层之间的范德华相互作用使带隙值降低了0.6 eV,而光吸收谱红移了0.2 eV,这是由于双层结构具有更小的激子束缚能。我们计算的吸收峰的位置与实验结果符合很好。实验中的吸收峰主要是由深能级的π轨道到π^*轨道的跃迁形成的。π→π^*跃迁和σ→π^*跃迁之间的耦合能够在长波长范围产生弱的吸收尾巴,如果调整入射光的极化方向,由σ→π^*跃迁产生的高强度的吸收峰将会在更低能量处出现。     

石墨相氮化碳的化学合成及应用

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有独特的电子结构和优异的化学稳定性, 近年来不仅被作为不含金属组分的催化剂和催化剂载体, 广泛地应用于有机官能团的选择性转换、光催化分解水、氧还原和Au、Pd、Ag、Pt等贵金属的负载, 还被作为绿色储能材料和硬模板剂用于H₂、CO₂的存储和纳米金属氮(氧)化物的制备等, 在能源和材料相关领域逐渐引起人们的关注. 本文将从材料的制备和应用角度,综述国内外同行近年来在g-C₃N₄研究中所取得的一些重要进展, 并对其未来发展趋势,特别是在能源和环境领域中的应用进行了展望.     

核酸适配体-目标物的相互作用机理研究与生化传感应用

核酸适配体是一种单链寡聚核苷酸,可通过氢键、静电作用等次级键力与其目标物发生特异性结合,在生化传感检测等领域拥有良好的应用前景。然而当前对核酸适配体与其目标物相互作用机理的研究较为缺乏,成为限制核酸适配体相关领域的基础与应用研究的瓶颈。本文系统综述了核酸适配体与目标物相互作用机理的研究内容,并着重介绍了相关研究方法的原理与应用,包括等温滴定量热、微量热泳动、毛细管电泳、圆二色光谱、表面等离子共振、石英晶体微天平、原子力显微镜、分子对接与分子动力学等。而后,总结了基于核酸适配体-目标物相互作用机理的生化传感检测策略设计的方法与依据。最后,对核酸适配体-目标物相互作用机理研究的挑战与前景进行了展望。     

检测硫酸氢根离子光化学探针分子研究进展

酸氢根离子(HSO4)在生命、环境科学中发挥着非常重要的作用,进入环境后会污染环境,对人体造成危害.因此,选择性和高灵敏识别检测生物与环境样品中HSO4具有非常重要的意义.在众多的分析检测手段中,基于分子识别理念发展起来的光化学传感分子(探针)具有独特的优势.阴离子光化学传感体系以其选择性好、灵敏度高、易于实现在线分析,特别是可通过目视比色识别和原位检测等特点成为目前研究的热点.本文根据探针分子与HSO4之间的作用机理, 对近年来HSO4的光化学探针分子进行分类和总结,综述了HSO4光化学探针的研究进展,并对其应用前景与发展趋势进行了展望.     

罗丹明荧光探针在生化分析中的应用

罗丹明荧光探针作为生物学研究中使用最广泛的荧光探针之一,广泛地应用于活体细胞内小分子的检验、生物大分子的分析以及复杂生物体系的研究等方面.罗丹明荧光探针在生化分析中的应用研究融合了分子生物学、分析化学、有机化学等多个学科.是当今化学研究的热点领域.本文综述了近年罗丹明荧光探针在生化分析中的应用进展,并对其未来的发展趋势进行了展望.     

硫代部花菁类染料生物成像及诊疗的研究进展

硫代部花菁是氮杂环阳离子和末端氨基、 羟基或烷氧基通过π共轭桥连在一起的一类荧光染料, 具有优异的光学性质和生物相容性, 其近红外发射优势以及光敏特性使以硫代部花菁为骨架的荧光探针和诊疗试剂在荧光/光声成像和肿瘤治疗方面发挥着重要作用. 本文综合评述了基于硫代部花菁构建的荧光探针和诊疗分子在识别各种生命或环境分析物以及光基疗法中的研究及应用, 讨论了该领域面临的问题, 并对未来的发展趋势进行了展望.     

Conjugated Polymer Nanomaterials for Phototherapy of Cancer

Due to the excellent properties including high specificity,low side-effect and good biocompatibility,conjugated polymer nanomaterials have been served as efficient anticancer reagents in die past decades.According to the developed anticancer systems based on conjugated polymer nanomaterials,it could be summarized into three main cancer therapy strategies:photodynamic therapy(PDT),photothermal therapy(PTT)and combination therapy.In this mini review,we provide a brief introduction to three different cancer therapy modes,their mechanisms and potential biological applications.Furthermore,some perspectives on the further development of conjugated polymer nanomaterials are proposed in the territory of anticancer precision medicine.     

乏氧光学影像探针的设计与应用

氧气在生命活动中具有重要意义, 为需氧生物提供了重要的能量来源, 氧气供应不足会导致组织乏氧. 乏氧往往与炎症、 慢性伤口及肿瘤等多种疾病密切相关, 而组织氧浓度是评估机体健康的重要依据. 光学成像在空间分辨率、 灵敏性和成本方面的巨大优势使其成为炎症、 癌症、 脑部疾病和手术导航的重要影像诊断工具. 本文介绍了数种乏氧响应的光学探针的合成策略, 并展示了不同的乏氧光学探针在肿瘤检测、 炎症监测、 伤口氧含量监测、 治疗响应监测和食品包装检测等方面的应用, 最后探讨了乏氧光学成像的应用前景.     

Synthesis,Optical Properties,and Sensing Applications of Gold Nanodots

In this Personal Account, we briefly address our journey in developing photoluminescent nanomaterials for sensing purposes, with a focus on gold nanodots (Au NDs). Their synthetic strategies, optical properties, and sensing applications are emphasized. The Au NDs can be simply prepared from the etching of small‐sized Au nanoparticles (<3 nm in diameter) by thiol compounds such as 11‐mercaptoundecanoic acid under alkaline conditions. This simple approach allows the preparation of various functional Au NDs by choosing different thiol compounds as etching agents. Since the optical properties of Au NDs are highly dependent on the core and shell of each Au ND, the selection of etching reagents is important. Over the years we have developed various sensing systems using Au NDs for the detection of metal ions, anions, and proteins, based on analyte‐induced photoluminescence quenching/enhancement of Au NDs as a result of changes in their oxidation state, shell composition, and structure.