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[原创]电纺纤维在生物传感器方面的研究进展（2018-07-19 16:45:35）

标签：静电纺丝 纳米纤维 生物传感器  

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生物传感器是一种使用生物元素来识别环境中的目标，并发出可处理成可用读数信号的分析装置。电纺纤维的高表面积使其可用于将生物元素暴露于环境中以进行更灵敏的检测。将生物元素负载到电纺纤维上，包覆技术都有其优缺点。除了作为生物元素的载体之外，电纺纤维还可以用作提高生物传感器性能的组分。

生物元素的载体：电纺纤维用作生物分子载体有多种方式。通常将生物分子直接混合到静电纺丝溶液中。为了将生物分子更牢固地附着到电纺丝纤维基质上，可以使用化学方法，例如共价键合或氢键合。

混合是使用电纺纤维作为功能性生物分子载体的有效方法。Guo等（2011）使用胶原蛋白作为血红蛋白（Hb）的载体来催化还原过氧化氢（H2O2），其中，带有血红蛋白的电纺丝纤维被涂布在棒状玻璃碳电极上。他们的研究表明，电子从血红蛋白有效转移到电极。然而，电子转移受电纺膜厚度和交联程度的影响。由于胶原蛋白不导电，超出最佳厚度，电子转移速度将会降低。至于交联，过于广泛，它会使蛋白质变性并影响电子转移。该生物传感器对H2O2浓度的电流响应表现出从5×10-6 mol L-1到30×10-6 mol L-1的线性输出，检测限为0.37×10-6 mol L-1 。虽然混合是一种将功能性生物分子引入纳米纤维结构的简单方法，但它在使用过程中具有不必要的浸出的固有风险。因此，生物分子与纳米纤维之间更强的结合有时是优选的。

具有官能团的电纺纤维可用于固定生物分子，然而，还有其他方法用于引入官能团，如等离子体处理和紫外线照射。Saha（2015）为检测大肠杆菌K-12构建了一种电纺丝膜。对于它们的生物传感器，静电纺丝技术制备尼龙6纳米纤维膜，通过表面聚合，导电聚苯胺（PANi）包覆于尼龙6膜。用大肠杆菌多克隆抗体的山羊抗体固定在导电尼龙6/PANi膜上以检测大肠杆菌K-12，得到的生物传感器对大肠杆菌K-12的线性检测范围为101至105 CFU。检测大肠杆菌所需的时间在20分钟内，其他常规生物传感器通常需要2个多小时。Mondal等人（2014）使用氧等离子体处理由烧结电纺TiO2前驱体和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）衍生的TiO2纳米纤维，从而引入官能团。官能团允许胆固醇酯酶（ChEt）和胆固醇氧化酶通过N-乙基-NO-（3-二甲基氨基丙基碳化二亚胺）和N-羟基琥珀酰亚胺（EDC-NHS）的化学共价键结合。所得到的生物传感器能够检测酯化胆固醇，检测限为0.49 mM，灵敏度极高（181.6μA/mg dL-1/cm2），且检测迅速（20 s）。

增强电导率：纤维的单轴性质可用于改善由生物元素产生的信号传导。 Li等人（2014年）使用电纺丝衍生的碳纳米纤维，Nafion和漆酶的混合物来检测邻苯二酚，一种用于农药，香料和香料生产的有机化合物。构建的生物传感器的线性范围为1至1310μM，灵敏度为41μA.mM-1，检测限低至0.63μM。这种性能与其他报道的基于漆酶的生物传感器相当，其更好的性能可能归因于电纺丝衍生的碳纳米纤维的存在增强了复合材料的导电性。在复合材料的构建中，电纺丝衍生的碳纳米纤维进行超声处理以将其分解成短链。将碳纳米纤维的短股与Nafion和漆酶混合，然后负载到玻璃碳电极上。该生物传感器对儿茶酚具有优异的选择性，对其他测试的酚类化合物如表儿茶素，没食子酸，愈创木酚，苯酚和氨基苯酚没有反应。生物传感器在实际水样中具有较好的回收率和良好的可重复性。

脱模剂：酶、蛋白质和许多生物分子在环境条件下容易降解，并可能在储存过程中失去活性。对于某些生物传感器装置，只有当进料溶液存在时才需要生物分子。电纺纳米纤维是快速释放酶的良好载体，用于微流体检测芯片等应用。纳米纤维的高表面积允许在适当的水或溶剂中快速溶解。Dai等人（2012）使用水溶性电纺聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维作为辣根过氧化物酶（HRP）的载体。放置在微流控芯片中，装有HRP的PVP纳米纤维在含水样品通过时容易溶解以释放HRP。静电纺丝后发现HRP的活性立即降低20％。储存280天后，其仍然存在40％的活性。

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