纳米传感器全解ppt课件.ppt

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1、纳 米 传 感 器,纳米缝隙传感器,传感器间的缝隙间距达到了纳米级别，保证了很高的传感灵敏度。研究人员在粘弹性聚合物表面添加20纳米厚度的铂金层，搭建了传感器框架。通过让表面的铂金变型延展，上下层之间便产生了空隙，暴露出底层的聚合物，借此测量传感器表面的电导系数。,银纳米传感器,在2012年的时候朱永博士(Dr. Yong Zhu)和他率领的美国北卡罗来纳州立大学研究团队利用银纳米线成功开发出具备高导电性和弹性的导体，当时他就曾表示使用这项技术能将其用作打造多功能传感器的可穿戴设备。经过接近两年多的研发，近日该研究团队成功宣布开发出这样一个多功能传感器。首先银纳米线的两头分别用绝缘体夹住，然后

2、科学家创建了一个戴电容的设备来存储电容。当导体出现推动、拉升或者触摸的时候，电容就会发生变化，而传感器能够检测出这种细微的电容变化，进而能够做出各种反馈。团队中的Shanshan Yao博士称：“这项技术源于物理变形或者称之为边缘电池变化。他和我们智能手机上的触控非常类似，不过却能够有更加优秀应用，这种可以拉升的传感器能够充当机器人的类人皮肤，能够监测诸如拇指、膝盖的运动。”,信息技术领域,美国纳米级激光位移传感器,超灵敏鼻管式碳纳米管气体传感器,介绍,当今纳米技术的发展，不仅为传感器提供了良好的敏感材料，例如纳米粒子、纳米管、纳米线、纳米薄膜等，而且为传感器制作提供了许多新颖的构思和方法，例

3、如纳米技术中的关键技术STM，研究对象向纳米尺度过渡的MEMS技术等。,背景,与传统的传感器相比，纳米传感器尺寸减小，精度、灵敏度等性能大大改善，更重要的是利用纳米技术制作传感器，是站在原子尺度上，从而极大地丰富了传感器的理论，推动了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域。,优点,分类,纳米气敏传感器,纳米化学和生物传感器,其他类型的纳米传感器（流量、压力和温度等）,纳米气敏传感器,气敏传感器上和敏感气体接触的表面附着了一层纳米涂层作为敏感材料，用于改善传感器的灵敏度和性能。用零维的金属氧化物半导体纳米颗粒、碳纳米管及二维纳米薄膜等都可以作为敏感材料构成气敏传感器。,将纳米 TiO2 或纳米

4、 SnO2 颗粒与氧化还原染料( 亚甲基蓝) 结合，制成的光敏变色检测器，可用于检测食品包装内的氧气，当包装内有氧存在时，检测器的条带由白色变为蓝色，虽然这种方法很难定量分析食品包装内的氧气含量，但它仍然能给消费者和零售商提供一个简单、直观的评判方法，并确保气调包装的密封和完整性。,其他类型纳米传感器,（1）电阻应变式纳米压力传感器,这种电阻应变式纳米膜压力传感器,测量精度和灵敏度高、体积小、重量轻、安装维护方便,可稳定和可靠的测量压力参数（2）利用一些纳米材料的巨磁阻效应,已经研制出了各种纳米磁敏传感器 （3）在光纤传感器基础上发展起来的纳米光纤生物传感器,不但具有光纤传感器的优点,而且由于

5、这种传感器的尺寸只取决于探针的大小,大大减小了测微传感器的体积,响应时间大大缩短,满足了测量要求实现的微创实时动态测量,纳米生物传感器,将纳米材料作为一种新型的生物传感介质，与特异性分子识别物质。如酶、抗原、抗体、DNA等相结合，转换成一定信号输出识别。纳米材料量子尺寸效应和表面效应，可把传感器的效能提高到新水平，使其不仅体积小，而且反应速度快、精度高、可靠性好，还能实现多功能化和选择性检测。,用于疾病早期的诊断和监测,今后可能会有多种纳米传感器集成在一起被植入人体,以用来早期检测各种疾病。 目前,美国科学家已经在实验室环境下实现了对前列腺癌、直肠癌等多种癌症的早期诊断。纳米传感器灵敏度很高,

6、在进行血液检测时,当传感器中预置的某种癌细胞抗体遇到相应的抗原时,传感器中的电流会发生变化,通过这种电流变化可以判断血液中癌细胞的种类和浓度。,纳米传感器从内部监测癌症,早期治疗和药物制剂,血液中的纳米机器人,人们期待利用纳米机器人(nanorobot),携带微粒/纳粒药物, 象潜艇一样潜入血管中,随血液游遍全身, 在纳米传感器的“指引”下, 瞄准有病组织、癌细胞、有缺陷的基因、血栓或脂肪堆积物, 进行“面对面”的治疗, 并在完成相应的疗程后自动“消亡” 。,分类,按照纳米材料结构纳米粒子；纳米线；纳米微管和多孔纳米结构；光纤纳米生物传感器；纳米级微加工。,纳米粒子,纳米粒子由于具有大的比表面

7、积和很高的表面自由能, 在吸附固定生物分子方面可以扮演重要的角色, 用于生物分子的固定, 可以增加固定的分子数量, 从而增强反应信号。纳米粒子具有高比表面积、高活性、强吸附力及高催化效率等优异特性,可在增加酶的吸附量和稳定性的同时提高酶的催化活性,使酶电极的响应灵敏度得到提高。,将功能性纳米颗粒（电学性、光学性和磁性）固定在生物大分子（多肽、蛋白和核酸）上声波生物传感器,纳米胶体修饰检测分子引起石英晶体微天平的频率改变的检测原理示意图,光学生物传感器 光共振 固定纳米金属颗粒引起反射光的共振加强 荧光标记定位肿瘤 荧光湮灭基团,金纳米颗粒用于通用的荧光湮灭物的示意图,纳米金（AuNPs）粒子是

8、最常用到的。由于纳米金较大的比表面积、较高的催化活性以及较好的表面控制性，使得基于纳米金粒子构建的生物传感器具有非同寻常的特性。纳米金粒子的引入能显著增加基因分析的灵敏度及序列特异性。,纳米金粒子,当入射光频率与传导电子集体振荡发生共振时，会产生表面等离子体共振现象。当AuNPs被可见光照射后，表面会吸收共振波长的可见光引起表面电子振荡，使其呈现出强的紫外可见吸收谱带。例如，粒径为 3nm 的 AuNPs在520nm左右产生强吸收峰( 表面等离子峰) ，其溶液呈现酒红色。对于小尺寸的AuNPs，表面电子随入射光以偶极模式振荡，随尺寸变大后，变为由位于低能级的更高模式而控制的表面电子振荡。,Au

9、NPs 在外源物质作用下发生聚集，表面等离子吸收峰被合并，颜色会发生显著变化。颜色变化仅通过肉眼就可观察到。同时，伴随着AuNPs的聚集，会产生强烈的光散射或吸收信号。因此，AuNPs 的聚集而引起的颜色变化已经成为高灵敏、无标记的比色检测法的基本原理，基于此原理建立了各种比色分析方法，已被用于检测不同生物分子，如核酸、蛋白质、多糖甚至是细胞。,应用,DNA检测 AuNPs具有较强的表面活性，可以与巯基修饰的AuNPs结合成牢固的AuNPs共价键，同时，因为其吸收红移，颜色将由红色变为紫色，该颜色的变化可用于比色分析，替代原有的 DNA检测标记物应用于DNA检测。,AuNPs用于DNA检测最早

10、是由Mirkin 等发现的,他们使用寡聚DNA修饰 AuNPs 制成AuNPs DNA探针，制成的 2 种探针分别互补目标DNA的5端和3端; 当在缓冲溶液中加入 DNA 探针时表现为红色，加入靶DNA后溶液颜色转变为紫色，之后对溶液加热使DNA解螺旋，颜色又重新表现为红色。,AuNPs作为探针检测DNA 的检出限最低可达10zmol/L（10-21），而荧光 DNA探针只能达到微摩尔级，并且 DNA功能化的 AuNPs探针选择性更好，可以分辨完全互补及单碱基错配和多碱基错配，而且本身还具有低毒性的优点，可用于活性检测。,53基因检测 人类肿瘤抑制因子 p53 是十分重要的肿瘤标志物，研究已经

11、证实组织和血清中 p53 含量与多种人类恶性肿瘤的侵袭与预后密切相关。目前市面上多种检测 p53 的方法步骤繁琐，需要长时间水浴，且只能进行半定量检测，而新近发展起来的基于蛋白质芯片的无需标记的免疫法能够更加敏感和特异地检测 p53 蛋白。,铜蓝蛋白（Azurin）能够被癌症细胞选择性结合而进入细胞内，且其能够和 p53 形成稳定和特异性复合物，从而增加 p53 抑癌作用。中南大学肝胆肠外科研究中心的叶祖峰教授等人使用 4- 氨基硫代苯酚（4-Aminothiophenol，4-ATP） 作为连接物，4-ATP 一侧为硫醇基能够与金纳米颗粒结合，另一侧为重氮基团，可以与p53 富含电子的芳香族

12、侧链结合。连接金纳米颗粒的 p53 和由 Azurin 分子层构成的捕获底物组成检测分子。由于 p53-4-ATP 纳米颗粒拉曼光谱大幅度增强，这使得检测分子能够高灵敏度和高特异性性地检测 p53 分子，其最低检出浓度可达510-13mol/L。,基于表面增强拉曼散射的纳米生物传感器制备示意图,53-4-ATP 纳米颗粒系统形成过程中的拉曼光谱特征,铜蓝蛋白改性的纳米粒子与人血清分子没有相互作用，所以可以推断没有干扰 p53- 铜蓝蛋白复合物的形成。,FETs类型半导体电子器件 直接电信号输出 超高的灵敏度 应用于检测蛋白质和DNA，A型流感病毒检测限达到10-18M,纳米线,Lieber等用

13、Si纳米线制成的场效应管阵列改装成表面涂有抗体受体的病毒探测器。 病毒可以通过微流通道进入阵列。因为病毒带有电荷,电荷载流子的浓度发生变化,改变了流过晶体管的电流。纳米晶体管本身带来的放大效应以及表面束缚效应对体载流子浓度的影响导致极高的单分子灵敏度。并且,通过用不同的病毒的抗体受体修饰纳米线阵列后,可以同时探测多种病毒。,纳米微管和多孔纳米结构,单壁碳纳米管多壁碳纳米管 比表面积大； 活性位点多； 促进生物分子的电子传递作用 ； 增加固定化生物分子的总量和生物活性,光纤纳米生物传感器,体积微小灵敏度高不受电磁场干扰，不需要参比器件插入细胞内部，单细胞在线测量,拉制光纤末梢，并包上铝衣或银皮表

14、面抗体修饰放在倒置显微镜的微定位系统中,进行细胞穿刺和检测，PMT记录产生的荧光 BPT苯并吡四醇 最低检出限10-21mol,单细胞BPT含量检测的纳米光纤传感器,纳米微加工技术,集成电路制造工艺和方法 光刻 薄膜生长/沉积 离子注入 腐蚀和键合Nano-electromechanical system (NEMS),纳米微悬臂梁阵列生物传感器,纳米微悬臂梁阵列生物传感器的扫描电镜图,表面固定具有不同识别性的分子，构成阵列式传感器,安全性,由于纳米技术及其材料的多样性,评估其对健康与环境的影响,需要采用能适应不同条件的多种传感器,包括分别或同时监测纳米材料暴露在空气和水中的情况及其可能造成的

15、危害的仪器。所以未来3-10年内开发出评估纳米材料暴露在水与空气中的影响的仪器。目前整日与纳米材料打交道的人迫切需要廉价的、便携的、可广泛使用的空中样本收集器,以测量工作环境中的纳米材料暴露情况,包括其数量、比表面积和聚集等数据。这样的仪器需要在未来3年内商业化。,纳米产品制造过程中排出的废物,如防晒油等液体消费品中的纳米颗粒,不可避免地会在水中堆积。不追踪这些废物,就不能确定纳米颗粒存在的好坏。因此,需要在未来5年开发追踪纳米颗粒在水中散落聚集和转化情况的仪器。需要在未来10年内开发相关智能传感器,以直接探测和显示出纳米颗粒对人体健康与环境的危害情况。,展望,纳米传感器因其功耗小(无需散热装置)、体积小和灵敏度高等特点，将在生物、化学、机械、航空、军事等方面获得更广泛的应用。有专家指出，到2020年,人类社会进入“后硅器时代”时，纳米传感器将成为主流，所以，加快纳米传感器乃至整个纳米技术的发展，具有重要意义。,PPT模板下载： 行业PPT模板： 节日PPT模板： PPT素材下载： PPT图表下载： 优秀PPT下载： PPT教程： Word教程： Excel教程： 资料下载： PPT课件下载： 范文下载： 试卷下载： 教案下载：,