俄罗斯研制用于食品检测的新型纳米传感器

日前，俄罗斯利佩茨克市工业大学发明了一种新型纳米传感器。该传感器可以在数分钟内测定食物内的抗生素残留量。

这一新型传感器体积很小，是一种带有金纳米粒子的特殊石英切片，具有类似磁体吸铁的物理特性。该纳米传感器可以吸引一定类型的抗生素分子，用以纳米称量，其原理相当于一个纳米秤。利佩茨克工业大学的研究者用它来监测牛奶、乳酪、肉类、蔬菜和海产品中抗生素的残留量，相比于传统的食物监测方法，这种检测方法只需数分钟即可得到结果，十分快捷。

利佩茨克工业大学相关研究人员正在研究用它来监测食物中生物激素和有毒物质的残留量。这一传感器经过实验，将会产品化并投入市场。它的出现进一步提高食品检测的效率，保证食品安全。

纳米材料提高检测性能

从细菌到人，所有生物都在使用“生物分子开关”来监测环境。此类“开关”，即由RNA或蛋白制成、可改变形状的分子。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。

受到这些天然“开关”的启发，纳米生物传感器应运而生。

据赵永生介绍，生物传感器是用固定化的生物体成分，如酶、抗原、抗体、激素等，或者是生物体本身的细胞、细胞器、组织等作为传感元件制成的传感器。

按所用分子识别元件的不同，生物传感器可分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等；按信号转换元件的不同可分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器、测声型生物传感器等。

其中，电化学生物传感器由于具有体积小、分辨率高、响应时间短、所需样品少、对活细胞损伤小等特点，广泛应用于医药工业、食品检测和环境保护等领域。如今，纳米技术的介入更是为电化学生物传感器的发展提供了新的活力。

赵永生称，纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等，使得其表现出奇异的化学、物理性质。例如常见的碳纳米材料，特别是碳纳米管、石墨烯等，就表现出优良的力学性能、导电性能、表面性能及独特的电化学性质。

此前，研究人员就曾用琼脂糖将葡萄糖氧化酶和连接了二茂铁的单壁碳纳米管固定在玻碳电极表面，实现了对葡萄糖的快速灵敏检测。碳纳米管的引入还能够显著提高电化学敏感膜中电活性物质的氧化还原可逆性，同时消除了溶解氧对测定的干扰。

在赵永生看来，纳米材料应用于电化学生物传感器领域后，不仅提高了传感器的检测性能，而且提升了传感器的化学和物理性质以及它对生物分子或细胞的检测灵敏度，检测时间也得以缩短，与此同时还实现了高通量的实时分析检测。

纳米传感器未来发展趋势

随着纳米技术和生物传感器交叉融合的发展，越来越多的新型纳米生物传感器涌现出来，如量子点、DNA、寡核苷配体等纳米生物传感器。

在赵永生看来，未来纳米生物传感器的发展方向应该是集成多功能、便携式、一次性的快速检测分析机器，它可以广泛用于食品、环境、战场、人体疾病等领域的快速检测。

例如，食品和饮料中病原体或者农药残留成分的快速灵敏检测；环境中污染气体或者污染金属离子等远程检测和控制；人体血液成分和病原体的快速实时检测，以及战场生化武器和爆炸物的快速检测。

但新一代纳米生物传感器同样面临诸多挑战，如更高灵敏度、特异性、生物相容性、集成多种技术、检测方法简化、制备工艺、批量化生产、成本效益等。