纳米技术应用到验孕棒上

纳米技术应用到验孕棒上

自从2019年12月新型冠状病毒肆虐武汉以来，全国确诊病例已经超过8万人，数十名工作人员牺牲在抗疫前线。

在全国内人民以壮士断腕的气魄，众志成城，以巨大的代价取得疫情控制的阶段性胜利的同时，病毒开始在全世界蔓延开来。

研制新型抗病毒疫苗正在世界各地紧锣密鼓地进行。

纳米制剂是一个复杂的系统，其物理化学性质决定了其治疗效果和安全性。

疫苗属于纳米级别的颗粒，颗粒大小和形状对产生的免疫反应起着至关重要的作用。

此外，抗原的完整性也是生产纳米疫苗时需要控制的一个关键方面。

然而，缺乏成熟的物理化学性质的分析方法阻碍了新疗法进入市场，所有目前的测定工作仍然面临挑战。

在这个关键时期，近期的《JournalofPharmaceuticalandBiomedicalAnalysis》杂志(1)发表了法国和西班牙的科学家共同开发的在GMP环境中生产基于艾滋病毒（HIV）纳米颗粒的新型疫苗的可靠方法。

利用法国高端技术公司(CordouanTechnologies)动态光散射(DLS)纳米和zeta电位分析仪证实，对于接近180nm的多分散颗粒(，DLS可用作中试生产工厂的质量控制技术（图1），并且采用非对称流场流分馏(AF4)等方法验证了这一结论。

结果显示，颗粒在60至700nm之间呈单峰分布，其中大多数(>90%)的粒度小于250nm，对照组和负载了抗原的纳米颗粒存在显着差异。

抗原的存在导致较大颗粒的形成，减少了小颗粒的数量，并使形状从球形变为无规则螺旋结构。

DLS和AF4技术的结合使用表明，所研究的聚合物纳米颗粒具有高度的均一性和批间可重复性。

对于负载的纳米颗粒尺寸和粒度分布，批次间的偏差低于16％，多分散指数范围为0.1至0.2、因此，DLS被证明是控制纳米粒度的有价值的常规技术。

众所周知，常规DLS技术分辨率并不高，而低分辨率会掩盖更复杂的粒径组成，并且可能导致误判。

因此，尽管多分散性相对较低（(GeneralPurpose)，还是多峰模型(Multimodal)或Contin算法，即使熟知的DLS纳米粒度分析仪也不能对30nm和100nm的NIST标准乳胶颗粒的混合样品给出正确的结果（图2），而Vasco（VascoKin）却能完全分辨开这两种标准乳胶颗粒，验证了Vasco软件专有的BSL算法和Pade-Laplace算法具有超高分辨能力（图3、图4）。

图

1、用Vasco纳米粒度仪批次模式测定的负载纳米疫苗制剂（黑线）和对照组（灰线）信号的比较图2.30nm 100nm的NIST标准物质混合样品-黄色峰是欧洲岛国DLS纳米粒度仪三种计算模式的测定结果，-蓝色（Pade-Laplace）和绿色（SBL）是法国Vasco的两种计算结果。

图3、Vasco增强型纳米粒度分析仪（左）和VascoKin原位时间分辨纳米粒度分析仪（右）。

图4、用VascoKin动态监测样品粒度变化。

在30秒的时间切片（下图）中，两种小于100nm的颗粒峰值分别为22.36nm和59.03nm，峰-峰比小于1:3（右上图）,体现了极高的分辨能力。

VASCOKinTM是一款独特的功能齐全的时间分辨纳米粒度分析仪（图3），它充分利用了先进的单模光纤将DLS测量带入过程监控领域。

凭借其创新的探头，它可以非常简单地结合到现有的实验装置中，进行原位非接触远程测量，进行粒度变化的动力学测定，为用户提供测量灵活性，以监控和改善工艺。

它为制药行业的反应监测和药瓶中的蛋白质聚集体纳米阶段的生成监控，甚至与其它生化分析技术手段联用提供了技术基础（图5）。

图5、VascoKin与其它生化分析仪器的联用。

注射用生物制药产品中蛋白质和活性成分（API）的聚集仍然是影响疫苗产品稳定性和可用性的主要问题。

蛋白质聚集可以发生在蛋白质治疗药物生命周期的所有阶段，包括状态，复性，提纯，灭菌，运输，储存和交付过程。

流感疫苗针剂（见图6-左下）是由多种不同成分混合而成的，包括培养基、去活化病毒和几种赋形剂。

从塑料透明包装中取下疫苗注射器（图6左下），并将其放置在VascoKin探头前面6cm处的专用支架上（图6右上）即可透过玻璃针管进行粒度分布测量（图6右下），不需要取样。

验证实验表明，即使不拆除塑料透明包装进行测试，结果与拆除包装后的也非常一致(2)。

?图6、对流感注射疫苗中存在的蛋白质聚集体的非接触测量图7、原位测定分别储存在冰箱和储存在室温8个月的流感疫苗的粒度分布变化将流感疫苗分别储存在7℃的冰箱和室温下8个月，在相同的条件下，原位测定两个疫苗中的纳米颗粒，粒度分布结果如图7所示，二者产生了巨大差别。

法国高端技术公司（CordouanTechnologies）利用他们擅长的激光/应用光学知识，创新性地开发的增强型DLS纳米粒度分析仪VascoTM系列用于复杂介质中纳米颗粒的粒度表征，其性能远优于目前市面上流行的动态光散射法纳米粒度仪。

经过短短十几年的发展，CordouanTechnologies构建的表征纳米和纳米材料的创新解决方案已经成为N3世界（纳米颗粒、纳米材料、纳米技术）的参考标准，为新冠病毒疫苗的研发、工艺控制和终产品的检验和安全储存提供了有效的技术保证。

延伸阅读：https://doi。

org/10.1016/j。

jpba.2019.113017wp-content/uploads/2018/06/AN01-VASCO-Kin-monitoring-Protein-aggregation-in-injectable。

pdf。

纳米技术的产品

1．信息产业中的纳米技术：信息产业不仅在国外，在我国也占有举足轻重的地位。

2000年，国内的信息产业创造了GDP5800亿人民币。

纳米技术在信息产业中应用主要表现在3个方面：①网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。

因为不管通讯、集成还是显示器件，都要原器件，美国已经着手研制，现在有了单电子器件、隧穿电子器件、自旋电子器件，这种器件已经在实验室研制成功，而且可能在2001年进入市场。

②光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件，这方面我国还很落后，但是这些原器件转为商品进入市场也还要10年时间，所以，国内要超前15年到20年对这些方面进行研究。

③网络通讯的关键纳米器件，如网络通讯中激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面，我国的研究水平不落后，在安徽省就有。

④压敏电阻、非线性电阻等，可添加氧化锌纳米材料改性。

2．环境产业中的纳米技术：纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。

要净化环境，必须用纳米技术。

我们现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备，可使空气中的大于10ppm的有害气体降低到0．1ppm，该设备已进入实用化生产阶段，利用多孔小球组合光催化纳米材料，已成功用于污水中有机物的降解，对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物，有很好的降解效果。

近年来，不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业，用于提高水的质量，已初见成效，采用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显，治理淡水湖内藻类引起的污染，更近已在实验室初步研究成功。

3．能源环保中的纳米技术：合理利用传统能源和开发新能源是我国当前和今后的一项重要任务。

在合理利用传统能源方面，现在主要是净化剂、助燃剂，它们能使煤充分燃烧，燃烧当中自循环，使硫减少排放，不再需要辅助装置。

另外，利用纳米改进汽油、柴油的添加剂已经有了，实际上它是一种液态小分子可燃烧的团簇物质，有助燃、净化作用。

在开发新能源方面国外进展较快，就是把非可燃气体变成可燃气体。

现在国际上主要研发能量转化材料，我国也在做，它包括将太阳能转化成电能、热能转化为电能、化学能转化为电能等。

4．纳米生物医药：这是我国进入WTO以后一个更有潜力的领域。

目前，国际医药行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。

纳米生物医药就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，更大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法。

在提取精华后，用一种很少的骨架，比如人体可吸收的糖、淀粉，使其高效缓释和靶向药物。

对传统药物的改进，采用纳米技术可以提高一个档次。

5．纳米新材料：虽然纳米新材料不是更终产品，但是很重要。

据美国测算，到21世纪30年代，汽车上40％钢铁和金属材料要被轻质高强材料所代替，这样可以节省汽油40％，减少CO2、排放40％，就这一项，每年就可给美国创造社会效益1000亿美元。

此外，还有各种功能材料，玻璃透明度好但份量重，用纳米改进它，使它变轻，使这种材料不仅有力学性能，而且还具有其他功能，还有光的变色、贮光，反射各种紫外线、红外线，光的吸收、贮藏等功能。

6．纳米技术对传统产业改造：对于国内来说，当前是纳米技术切入传统产业、将纳米技术和各个领域技术相结合的更好机遇。

首先是家电、轻工、电子行业。

合肥美菱集团从1996开始研制纳米冰箱，可折叠的PVC磁性冰箱门封不发霉，用的是抗菌涂料，里面的果盘都采用纳米材料，发展轻工、电子和家用电器可以带动涂料、材料、电子原器件等行业发展，其次是纺织。

人造纤维是化纤和纺织行业发展的趋势，国内纺织要在进入WTO后能占据有利地位，现在就必须全方位应用纳米技术、纳米材料。

去年关于保温被、保温衣的电视宣传，提到应用了纳米技术，特殊功能的有防静电的、阻燃的等等，把纳米的导电材料组装到里面，可以在11万伏的高压下，把人体屏蔽，在这一方面，纺织行业应用纳米技术形势看好，第三是电力工业。

利用纳米技术改造20万伏和11万伏的变压输电瓷瓶，可以全方位提高11万伏的瓷瓶耐电冲击的性能，而且釉不结霜，其它综合性能都很好，第四是建材工业中的油漆和涂料，包括各种陶瓷的釉料、油墨，纳米技术的介入，可以使产品性能升级。

纳米材料在生物传感器上的应用

1/5纳米材料在生物传感器中的应用生物传感器是目前生命科学及临床医学测试方法研究中更为活跃的领域之一，而纳米材料则被认为是跨世纪材料研究领域的热点，有“21世纪更有前途的材料”的美誉，受到国内外普遍重视，进入21世纪后，纳米科技的迅猛发展为新型生物传感器的研制提供了难得的机遇。

纳米生物传感器是纳米科技与生物传感器的融合，其研究涉及到生物技术、信息技术、纳米科学、界面科学等多个重要领域，因而成为国际上的研究前沿和热点。

一、生物传感器生物传感器是一类特殊形式的传感器，是一种对生物物质敏感并将其转换为声、光、电等信号进行检测的仪器。

生物传感器具有接受器与转换器的功能，由识别元件(固定化的生物敏感材料，包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)、理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等)和信号放大装置构成。

生物传感器技术是一个非常活跃的工程技术研究领域，它与生物信息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科一起处在生命科学和信息科学的交叉区域，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测与监控装置。

与传统的分析方法相比,具有以下特点：1)体积小、响应快、准确度高，可以实现连续在线检测，2)一般不需进行样品的预处理，可将样品中被测组分的分离和检测统一为一体，使整个测定过程简便、迅速，容易实现自动分析，3)可进行活体分析，4)成本远低于大型分析仪器，便于推广普及。

生物传感器有许多种分类方式：1)根据生物活性物质的类别，生物传感器可以分为酶传感器、免疫传感器、DNA传感器、细胞传感器、组织传感器和微生物传感器等，2)根据检测原理，生物传感器可分光学生物传感器、电化学生物传感器和压电生物传感器等，3)按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为亲和型和代谢型2种，4)可根据所监测的物理量、化学量或生物量而命名为热传感器、光传感器和胰岛素传感器等。

生物传感器的应用，涉及到医疗保健、疾病诊断、食品检测、环境监测、发酵工业等领域。

二、纳米材料纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等，使得其表现出奇异的化学物理性质。

纳米粒子作为一种常用的纳米材料，具有制备方法简单、尺寸可控、表面易于修饰、表征简便等优点，在分析化学领域得到了广泛的应用。

纳米材料的特点与传感器所要求的多功能、微型化、高速化相对应。

另外，作为传感器材料，还要求功能广、灵敏度高、响应速度快、检测范围宽、选择性好等优点，纳米材料能较好地符合上述要求。

纳米材料引入生物传感器领域后，提高了生物传感器的检测性能，并促发了新型的生物传感器。

纳米材料的独特的化学和物理性质使得其对生物分子或者细胞的检测灵敏度大幅提高，检测的反应时间也得以缩短，并且可以实现高通量的实时检测分析。