使用纳米纤维素的下一代蛋白质传感策略，为蛋白质研究带来新机遇、新方法

2022-09-01 16:00:06  信息编号：K223385  浏览次数：106

蛋白质是参与基因调控和细胞代谢的有机大分子。此外，它们还可以作为强大的生物屏障，保**体的免疫系统和体内平衡。

纳米技术的进步促进了纳米材料的应用，例如蛋白质传感、蛋白质检测及其微量检测。纳米纤维素由于其低细胞毒性、高生物相容性、良好的耐久性、高比面积和适销性而具有优于蛋白质的优势。

发表在《 胶体与界面科学进展》杂志上的一篇文章 讨论了使用纳米纤维素作为生物传感器在蛋白质传感和蛋白质检测方面的最新进展。此外，纳米纤维素被强调为用于蛋白质检测、蛋白质传感和分析体液和模拟体液中不同多肽的超级生物传感器。最终，提出了生物医学治理的前景广阔、新机遇和方法。

纳米纤维素对蛋白质传感

蛋白质是由氨基酸组成的分子。氨基酸序列决定了多肽的一级结构，参与了各种生化活动。精确的蛋白质传感和蛋白质检测可提供有关生命运动中物理化学性质和分子机制的信息。

现有的各种蛋白质检测技术耗时、费力、设备规模大、设备复杂。生物传感器是先进的检测技术，具有成本效益、高灵敏度、高效、目标特异性和易于操作的特点。生物传感器有助于获取有关生物活动的关键信息，有助于疾病诊断、食品安全、环境监测、食品质量控制和行业安全。

纤维素纳米纤维 (CNF)、细菌纳米纤维素 (BNC) 和纤维素纳米晶体 (CNC) 是纳米纤维素的类型，它们是通过机械或化学方法从原料纤维素中获得的。源自纳米纤维素的纳米材料具有与天然纳米纤维素相似的优势，以及出色的光子学、表面化学行为和胶体性能。

纳米纤维素以其优越的性能被用于生物传感领域。到 2025 年，纳米纤维素的市场价值预计将达到 6.6 亿美元。除了作为理想的宿主基质外，它还可以作为生物模板和支架应用于各种生物传感器，包括医学/临床诊断、环境监测、电子设备等。特别是，源自纳米纤维素的杂化材料在检测医学分析物方面具有优势。

纳米纤维素的类型及其纳米工程

CNF

纳米原纤化纤维素与周围物质之间增强的相互作用赋予生物传感器以高生物医学性能来处理大量污染物。纳米原纤化纤维素可以由各种基材制备，包括木材、真菌、细菌、藻类和动物。由于使用氯化钠和氢氧化钾分别从木材中去除木质素和基质，纳米纤维线显示出细胞内纤维素。

在石墨烯单层的生长过程中产生了由纳米原纤化纤维素和剥离石墨烯组成的基于纤维素的对齐组件。这些仿生复合材料显示出良好的拉伸强度。Linder等人构建的仿生纳米复合材料。衍生自天然纳米原纤化纤维素、蛋白质和剥离石墨。蛋白质分子由通过基因工程连接到石墨烯的疏水块和纤维素结合块组成。

BNC

细菌纳米纤维素是用于各种生物和可注射设备的构件。这种纳米纤维素来源于特定条件下的各种细菌物种。由于其交联网络，细菌纳米纤维素被用作紫外线 (UV) 的屏障。

各种无机和有机氮资源被用于制备细菌纳米纤维素。源自细菌的纳米纤维素在高纯度方面优于三维（3D）纳米纤维结构，赋予蛋白质检测巨大潜力，包括良好的可重复使用性和稳定性。

基于聚合物的性能，将聚合物网络结合到基于细菌纳米纤维素的纳米结构中可以调节物理和化学性质。此外，控制培养基生长中多糖的量也可以调节纳米纤维素的物理性质。

数控系统

CNC 是高度结晶的，呈现出尺寸小于 100 纳米的针状或棒状形态。用于制备 CNC 的原材料决定了最终产品的几何尺寸。

用接枝聚合物修饰纳米纤维素表面可增强其去除污染物的能力并稳定纳米纤维素网络。聚合物接枝可以通过从接枝、从接枝到接枝和通过接枝的方法来实现。此外，将具有可连接官能团的聚合物端基与纳米纤维素的羟基官能团连接起来，可以生成有利于蛋白质传感的聚合物-纤维素复合材料。

结论

总体而言，基于纳米纤维素的材料为蛋白质传感提供了合适的平台。纳米技术和绿色战略促进了纳米纤维素与聚合物、金属氧化物、金属、碳等的整合，以便它们在用于蛋白质传感和蛋白质检测的生物传感器中得到应用。

纳米纤维素材料用作支持基质和刺激响应成分，并保留了天然纤维素的有利特性。除了羟基侧基外，纳米纤维素材料还具有大的比表面积和高的纵横比。纳米纤维素中的羟基侧基促进自组装，有助于分散在聚合物基质中，并控制颗粒-颗粒/颗粒-基质的结合强度。

因此，纳米纤维素的化学改性使其复合材料具有用于蛋白质检测的传感特性。绿色化学与纳米工程纳米纤维素的结合促进了蛋白质传感和蛋白质检测，即使是痕量也是如此。