CGMS——微/纳米技术的应用

一、概述

微观尺度上，电极的几何尺寸结构及电极表面的微纳形态都会对其葡萄糖检测性能产生重要的影响。尤其是纳米技术的兴起为纳米材料在生物分析化学中的应用开辟了一块新天地。纳米技术的最新进展为生物电子学领域提供了激动人心的美景。

二、微纳技术的应用举例

2.1 在葡萄糖检测中的应用举例。

得益于纳米粒子与氧化还原蛋白的尺寸相近，使其可以有效地连接酶的氧化还原中心。各种材料，包括纳米金、CNT 均已经被用作连接电极与GOx 的电子传递剂。这为植入式葡萄糖传感器的研究提供了新的途径。例如，apo-GOx 可被重构于被FAD 辅因子功能化的1.4nm 的金纳米晶体上。用二硫酚（dithiol）交联剂将金纳米颗粒固定化于金电极上，这可以形象的视为一种“电子纳米插座electrical nanoplug”的（中继单元）来连接其氧化还原中心，这可以带来很高的电子传递流通速率，约为5000/s。碳纳米管是另一种纳米材料，可用于耦合酶并提供有益的表面一致性，最终实现电极表面与氧化还原中心之间的电子连接。而近年来广泛研究的以铂为代表的贵金属及其合金或氧化物的纳米颗粒，具有极强的葡萄糖直接催化还原特性，有望推进无酶型葡萄糖传感器向实用化发展。

2.2 在葡萄糖传感器中的应用

诸多研究证实，大幅减少电极某一或多个维度上的几何尺寸，亦可大大增强电极的葡萄糖检测性能，获得更大的灵敏度、更低的检测限、更快的检测速度等。
蔚文婧等人在微电极阵列（MEA）的工作电极（单个记录点直径仅40μm）上浸涂葡萄糖氧化酶制备的葡萄糖传感器，响应灵敏度高达489μA•mM-1•cm-2。
Liangliang Qiang将细金丝（直径25μm）、特弗龙绝缘的细铂铱丝（直径125μm）及细银丝（直径125μm）分别作为工作电极、对电极及参比电极，穿过PE毛细管（外径0.97mm，内径0.58mm）并用PDMS绝缘密封，以毛细管顶端作为工作面并固定酶，以此形成的葡萄糖传感器，该传感器在低工作电位0.3V条件下，灵敏度达1.2mA•mM-1•cm-2，在涂覆PU膜前后，米氏常数分别为17 和75mM。
Po-Yen Hsua等人应用MEMS技术构建了一种酶场效应管EnFET，他们在源极与漏极之间的多晶硅纳米线(750nm*3μm)上用毛细管原子力显微镜滴定葡萄糖氧化酶构成葡萄糖传感器，该传感器在0.1mM 到10mM检测范围内，灵敏度高达5.33A•mM-1•cm-2。