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近十年
研究问题
研究目标
时间范围
地域范围
事件背景
国内外 高速发展的科学领域、 现代科学的前沿
表 二、建立背景知识 纳米光学生物传感器 信息问题 包含的主题概念 纳米传感器、光学传感 器、生物传感器、 Biosensor、 Nanosensors、 Optical sensor
表 三、拟定主题概念 研究问题 纳米光学生物传感器的实验研究 主题概念 纳米光学生物传感器 主题词 传感器、实验研究、sensor、 sensors、experimental study 检索词 纳米传感器、光学传感器、生物 传感器、实验研究、biosensor、 nanosensors、optical sensor、 experimental study 扩展词 传感器、发展前景、sensors、 sensor、 prospect、prospects
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（4） 对光纤化学和生物传感器进 了系统的理论研究
行
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首次提出了双波长技术的荧光传感器，建立起了这类传感器的响 应理论。这一理论被国内外所有光导纤维传感器专著引用，被评 论为“双波长荧光传感器的诞生”和“理论上奠定了光纤荧光传 感器的基础”；提出了基于光吸收的光纤传感器。首次提出一配 合物形成模式作为分子识别系统的金属离子光纤传感器，建立金 属离子荧光、吸收、反射传感器的设计原理，这已成为离子光纤 传感器的经典理论；把离子对萃取原理，应用于光纤传感器的设 计中，完成了高灵敏、高选择性的钠离子、钾离子光纤传感器。 系统地建立了各类光纤传感器的响应理论模式，这些理论已被作 为经典理论被国内外学者接受，并已载入国内外有关专著中。当 前，在对光导纤维生物传感器的分子识别反应和多维信息换能系 统进行研究的基础上，研究无损在体和微量离体检测用新型光纤 生物传感器，建立活体组织、人体体液、细胞等的高灵敏快速分 析技术及其在体药代动力学分析方法，从而能快速、精确地反映 活体组织及体液的变化，以适应临床快速诊断的要求。
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前景展望
纳米技术在生物传感器的发展中正在发挥着非常重要的作用。由于纳米材 料的特殊结构，使得它们可以提高生物传感器的灵敏性和响应效能。纳米 材料的使用也引入了许多新的应用于生物传感器的信号转换技术。纳米技 术在生物传感器的发展趋势是集成多功能、便携式、一次性的快速检测分 析机器，可广泛用于食品、环境、战场、人体疾病等领域的快速检测，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，人体健康的长期监测（如糖尿病患者血液中糖成分的长期监测等）， 以及战场生化武器的快速检测（如对炭疽病毒的检测等）。多种生物传感 器的集成或者生物传感器阵列是生物传感器发展的另一个趋势，例如微电 极阵列对二维微环境的检测等。分子自组装聚合物加工的研究呈上升趋势， 其加工工艺简单可控，可以实现快速复制，而且成本较低，对生物传感器 的发展有很重要的促进作用，有利于高灵敏度、低成本、一次性的纳米生 物传感器的发展。其中生物分子自组装技术更引人注目，如有机生物膜制 作的纳米胶囊，由于其天然的生物兼容性、优异的特异结合性能，是生物 传感器发展的另一个全新领域。
（5）光纤纳米免疫传感器
免疫传感器是指用于检测抗原抗体反应的传感器，根据标记与否可 分为直接免疫传感器和间接免疫传感器；根据换能器种类的不同， 又可分为电化学免疫传感器、光学免疫传感器、质量测量式免疫 传感器、热量测量式免疫传感器等。光学免疫传感器是将光学与 光子学技术应用于免疫法，利用抗原抗体特异性结合的性质，将 感受到的抗原量或抗体量转换成可用光学输出信号的一类传感器， 这类传感器将传统的免疫测试法与光学、生物传感技术的优点集 为一身，使其鉴定物质具有很高的特异性、敏感性和稳定性。而 光纤纳米免疫传感器是在其基础上将敏感部制成纳米级，既保留 了光学免疫传感器的诸多优点，又使之能适用于单个细胞的测量。
（13）EBSCOhost
（14）EI
（15）Google学术搜索
（16）欧洲专利局
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（3） 近场光学和纳米粒子生物传 感器
传统的光学显微技术在细胞生物学和分子生物学研究中应用很 广，也能够用于分析活细胞，但分辨能力被Abbe衍射作用所 限制，其理论分辨率最高为0.2m，放大倍数最高也只能达到 1600倍。而近场光学显微镜和近场光学传感器是近年发展起 来的一个新的技术，可以大幅度地提高显微镜的分辨率和放大 倍数。我们实验室组装了一台近场光学显微镜，其分辨率为12nm，放大倍数从1600倍提高到25000倍，能更清晰地显示活 细胞内被检测成分的分布、含量及其动态变化。检测器为 ICCD和雪崩金属光电倍增管（AMPMT）两种，并能同时进 行数字显示、计算机处理和模拟显示，能够动态检测活细胞内 物质代谢、能量代谢及信息传递过程并进行全程录像。
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（6）光纤纳米荧光生物传感器
一些蛋白质类生物物质自身能发荧光，另一些本身不能发荧光的生物 物质，可以通过标记或修饰使其发荧光；基于此，可构成将感受的 生物物质的量转换成可用于输出信号的荧光生物传感器。荧光生物 传感器测量的荧光信号可以是荧光猝灭，也可以是荧光增强；可测 量荧光寿命，也可以测量荧光能量转移。光纤纳米荧光生物传感器 具有荧光分析特异性强，敏感度高等优点，而且无需用参比电极， 使用简便、体积微小等诸多优点，具有广泛的应用前景。美国杰克 逊州立大学的研究人员制备出基于金纳米粒子的、小型化的、超灵 敏的、激光诱导荧光光纤生物传感器，用来检测DNA分子。荧光信 号的出现表明目标DNA已检测到，并且几个病原体也可同时检测到。 这种便携式传感器在所有重要类别的DNA检测中――灵敏度、选择性、 成本、易用性和速度――可得到较好的结果。
纳米光学生物传感器的 实验研究
2
信息检索实质是信息问题 解决，信息检索的一般步 骤也应是一个问题解决的 过程。
五步走
分析和利用信息 评价信息 制定策略并实施检索
选择信息源
界定问题
界定问题
１.分析研究问题 ２.建立背景知识 ３.拟定主题概念
表 一、分析研究问题 纳米光学生物传感器 的实验研究 研究方法及发展前景
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(2) 光学传感器在纳米材料生物环境安 全性研究中的应用
纳米生物环境效应研究，是一个典型的综合性强的交叉学科领域， 需要各个领域的研究者的共同参与，才能有效地完成纳米生物环境 效应的研究。作为“科学技术的眼睛”的分析科学，在这项研究有 着极其重要的作用。生物环境下的纳米颗粒检测方法和技术、纳米 材料毒性检测新方法和新技术等是我们分析工作者义不容辞的研究 任务。目前，用于研究纳米生物环境效应的检测方法和技术均为传 统的研究毒理的方法，如MTT法。这些传统的方法适合常规的物质 （如重金属离子、有机污染物），但不一定适合具有特殊性质的纳 米尺度的物质。此外，这些传统的检测方法灵敏度不够高，而且费 时、复杂，不利于掌握和操作。可见，建立和应用一些灵敏度高、 成本低、简单、快速的检测技术和方法，对于纳米材料生物环境效 应研究是非常必要的。新的检测技术和方法的应用将可以大大地推 动和促进纳米生物效应研究。
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分析后得出的纳米光学生物传感器的实验研究方法：
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纳米金属颗粒可以用于光共振检测，如通过抗原－抗体或蛋白－ 受体结合等方法在导电材料表面固定纳米金属颗粒团，由于纳米 颗粒反射偶极子的相互作用，引起反射光的共振增强，通过检测 共振信号即可探知待检测物质。纳米颗粒也可以用来定位肿瘤， 荧光素标记的识别因子与肿瘤受体结合，然后在体外用仪器显示 出肿瘤的大小和位置。纳米金属颗粒还可以作为一种通用的荧光 湮灭基团，在寡核甘酸探针分子的两端分别标记纳米金颗粒和荧 光激发基团，探针由于碱基互补形成“发卡”结构，荧光激发基 团和纳米金颗粒靠近，引起激发荧光湮灭；而当探针与特异性靶 DNA结合后，其构象发生变化，纳米金颗粒和荧光激发基团分离， 从而激发出荧光。该原理可用于核酸的实时荧光检测，以及单碱 基突变多态性检测等。
(1) 新型光学流通式生物传感器
传统的光学传感器一般为静态响应，有许多不足之处，如污染 问题、提供的测量数据精密度差、响应时间长、不能用不可 逆反应进行分子识别等。建立动态响应模式，有望解决以上 问题。另外，传统的光学生物传感器多用酶分子识别，但由 于酶种类缺乏、价格昂贵及诸多影响酶活性因素的存在而限 制了其发展。寻找新的分子识别模式，是传感器发展的一个 重要方向。如利用动植物组织、微生物、细胞进行分子识别， 利用化学基础研究的新成果超分子化学进行超分子识别等， 这些分子识别模式具有广阔的前景，值得人们探索和研究。 本课题组改变传统光学传感器静态响应模式，把流动分析技 术引入传感器的设计中，克服静态响应的缺点，建立动态响 应模式，设计出流通式化学发光传感器、流通式荧光传感器 和流通式室温磷光传感器，并对光学传感器的换能器和分子 识别系统作了全面的研究，完成了一系列性能优良的流通式 光学传感器。