《材料發(fā)展報告——新型與前沿材料》分析了世界主要國家，如美國、歐盟、日本、英國、德國、俄羅斯等近期的材料科技的研究發(fā)展政策、研究計(jì)劃、研究方向等，以期了解當(dāng)前材料科技發(fā)展的國家動向和前沿領(lǐng)域，并重點(diǎn)分析了若干前沿領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，包括石墨烯、輝鉬半導(dǎo)體、納米生物傳感器、柔性顯示材料、納米結(jié)構(gòu)鋼、高密度磁記錄材料、固態(tài)照明材料、合金材料、計(jì)算材料等。提煉各前沿材料科技領(lǐng)域關(guān)鍵科技問題和技術(shù)方向、未來發(fā)展趨勢等。同時，基于材料科技論文的文獻(xiàn)計(jì)量分析，揭示世界主要國家/地區(qū)的發(fā)展趨勢，比較分析發(fā)文量、被引頻次、h指數(shù)等，國家/地區(qū)排名情況，主要材料研究領(lǐng)域分布等；比較分析世界主要材料研究機(jī)構(gòu)與大學(xué)，包括發(fā)文量、被引頻次、h指數(shù)等，機(jī)構(gòu)排名情況等，各材料領(lǐng)域重點(diǎn)機(jī)構(gòu)。分析頂尖材料科學(xué)家，遴選出TOP100的科學(xué)家，以及各個材料研究領(lǐng)域的科學(xué)家�；贓SIResearchFronts進(jìn)行前沿研究領(lǐng)域分析。
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一、納米管生物傳感器
納米管可以保持生物分子的活性和提高分子的固定效率，可以改善生物傳感器的性能。碳納米管有著優(yōu)異的表面化學(xué)性能和良好的電學(xué)性能，是制作生物傳感器的理想材料。無論是單壁碳納米管還是多壁碳納米管在生物傳感器中都有應(yīng)用，如利用碳納米管改善生物分子的氧化還原可逆性、利用碳納米管降低氧化還原反應(yīng)的過電位、利用碳納米管固定化酶、利用碳納米管進(jìn)行直接電子傳遞、用于藥物傳遞和細(xì)胞病理學(xué)的研究等。碳納米管還適用于做原子力顯微鏡的探針尖，在碳納米管頂端修飾上酸性基團(tuán)或堿性基團(tuán)，就可以作為原子力顯微鏡針尖來滴定酸性或堿性基團(tuán)。納米管羧基化后可以進(jìn)一步衍生化，實(shí)現(xiàn)與酶、抗原／抗體、DNA等分子的結(jié)合，制備出各種生物傳感器。
美國斯坦福大學(xué)和伊利諾大學(xué)科研人員開發(fā)出了對過氧化氫敏感的納米管，當(dāng)它與葡萄糖接觸時，將產(chǎn)生數(shù)量可變的過氧化氫，過氧化氫會使納米管的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，因此，產(chǎn)生的過氧化氫越多，納米管在暴露于近紅外激光下時所發(fā)出的熒光就越強(qiáng)。這種碳納米生物傳感器可監(jiān)測血液中的葡萄糖水平，使得糖尿病人無須通過手指采血便能夠檢查自己的血糖水平。美國宇航局艾姆斯研究中心利用碳納米管技術(shù)開發(fā)出一種新型生物傳感器，可以探測水和食物中極其微量的特殊細(xì)菌、病毒、寄生蟲等病原體。這種新型生物傳感器利用超靈敏的碳納米管制成，可以探測到含量極低的病原體。美國賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員實(shí)驗(yàn)表明，碳納米管與柯薩奇腺病毒（coxsackie—adenovims）受體的共價官能團(tuán)可作為生物傳感器，專門檢測腺病毒中的蛋白質(zhì)。分子動力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明柯薩奇腺病毒受體與碳納米管鍵合后仍能保持其生物活性（Johnsoneta1．2009）。
日本三美電機(jī)公司與北海道大學(xué)共同研究開發(fā)碳納米管場效應(yīng)晶體管（CNT-FET）生物傳感器，除了與現(xiàn)行的酶聯(lián)免疫法（ELISA）相比能以高出3～4位數(shù)的靈敏度檢測出病毒外，還可用作“現(xiàn)場檢測”的便攜檢測工具。日本三美電機(jī)公司的CNT-FET是將在硅底板上通過CVD法形成的直徑lnm單層碳納米管作為通道使用。在柵電極上預(yù)先附著特定的病毒抗體，病毒抗原接觸柵電極時與抗體結(jié)合。通過CNT-FET的閾值電壓變化把此時的柵電位變化檢測出來。病毒抗原與抗體結(jié)合時的閾值電壓的變化量高達(dá)數(shù)伏，靈敏度非常高。美國伊利諾大學(xué)香檳分校研究人員將碳納米管技術(shù)與DNA相結(jié)合，創(chuàng)造出一種可以探測微量互補(bǔ)性DNA的生物傳感器，這項(xiàng)工作為新型的基于納米管的傳感和測序技術(shù)提供了眾多的可能性。
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