生物傳感器是一種能夠用于檢測被分析物的分析儀器，即將生物成分和物理化學檢測器結合在一起，由固定化的生物敏感材料作識別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì))、適當?shù)睦砘瘬Q能器(如氧電極、光敏管、場效應管、壓電晶體等等)及信號放大裝置構成的分析工具或系統(tǒng)，其目的就在于把待分析物種類、濃度等性質(zhì)通過一系列的反應轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀妆蝗藗兘邮艿牧炕瘮?shù)據(jù)，便于分析。

生物傳感技術具有操作簡單、響應迅速、選擇性好以及成本低等優(yōu)點，因而在生物分析檢測和醫(yī)藥領域受到了極大的重視，并成為生物技術領域的研究前沿。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，人們對自然的認知已經(jīng)從宏觀世界發(fā)展到微觀世界乃至納米尺度的級別。

納米材料因其獨特的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應以及宏觀量子隧道效應等性質(zhì)，表現(xiàn)出了不同于該物質(zhì)在宏觀狀態(tài)時的光、電、磁等性能。并且納米傳感平臺通過結合納米材料自身的性質(zhì)及生物分子在其表面的修飾而構建起來，并廣泛應用于臨床診斷、食品安全以及環(huán)境監(jiān)測等多個領域，極大地推動了生命科學以及醫(yī)學診斷等領域的發(fā)展。

活體內(nèi)生物標志物的實時檢測對于表征生物體內(nèi)的生理機制和病理過程至關重要。將納米技術引入生物傳感器領域后，不僅提高了生物傳感器的檢測性能，而且還促發(fā)了新型生物傳感器的誕生。納米生物傳感器利用納米材料實現(xiàn)了傳感器的超微化。納米技術的介入為生物傳感器的發(fā)展提供了無窮的想象。

然而，目前的針尖式微電極和分子影像方法等主流策略分別需要將幾十到幾百微米的針尖插入到活體內(nèi)部或者被動依賴成像探針的隨機分布，分別存在著高侵入性和空間分辨率不足、以及缺乏主動操控的問題。近段時間，暨南大學納米光子學研究院教授鄭先創(chuàng)、副教授劉曉帥等在基于光操控的生物傳感研究領域取得重要進展。

研究人員將分時復用的掃描光鑷技術和受激響應的上轉(zhuǎn)換熒光探測技術相結合，利用聚焦高斯光束作為虛擬操控手柄，以合成的納米熒光探針作為微納傳感探頭，提出并開發(fā)了一種可用于活體血管內(nèi)多種生物標志物實時探測和定量分析的光控虛擬式微傳感器。利用所構建的虛擬式微傳感器，他們在斑馬魚血栓模型上成功實現(xiàn)了對生物標志物的表達水平和異質(zhì)性分布的實時檢測，并且綜合評估了抗血栓藥物的治療效果，為研究血栓的發(fā)生發(fā)展機制和抗血栓藥物的療效評估提供了有力工具。

這種基于光學操控和熒光激發(fā)構建的光控虛擬式微傳感器可以實現(xiàn)不同病灶處特定生物標志物的非侵入性、高時空精度、可編程、多功能的定量檢測，就如同一盞在血管內(nèi)可以照亮病灶的“納米燈籠”。該項研究有望為活體內(nèi)生物標志物的實時探測提供一種新方法，在多種疾病的機制研究和藥物研發(fā)等領域具有潛在的應用前景。

生物傳感不斷隨之發(fā)展，得益于生命科學、物理學、化學、材料科學和信息技術等多個學科交叉融合。時至今日，要滿足大健康發(fā)展的需求，生物傳感研究還存在著一系列的挑戰(zhàn)。在新時期，合成生物學、人工智能、納米技術、大數(shù)據(jù)等新興學科領域的發(fā)展與融合，將可能產(chǎn)生新思想、新原理和新方法，促進生物傳感技術難題的解決，并提升生物傳感性能、賦予其新的功能和特性。

(資料參考來源：中國科學報)