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空 天 力 量 杂 志
到 达 一 个 测 量 浓 度 的 检 测 器 。 然 后 , 检 测 器
生 成 的 信 号 被 转 化 成 可 在 显 示 器 上 读 取 的 电
子 信 号 。 但 是 这 套 设 备 大 约 有 70 磅 重 , 操
作 时 很 笨 重 , 需 要 定 期 ( 每 周 ) 进 行 预 防 性
维 护 , 只 能 由 经 过 特 殊 训 练 的 人 员 使 用 , 而
且 价 格 昂 贵 ( 每 套 设 备 价 格 超 过 10 万 美
元 )。 6 此 外 , 这 套 系 统 需 要 运 行 长 达 30 分
钟 才 能 测 量 下 限 浓 度 的 化 学 战 剂 。 在 要 求 快
速 反 应 的 作 战 环 境 中 , 这 显 然 不 理 想 。 因 此 ,
我 们 需 要 刻 不 容 缓 地 改 进 检 测 和 量 化 的 灵 敏
度 、 速 度 和 准 确 度 。
纳 米 技 术 提 供 了 一 个 改 进 检 测 系 统 的 途
径 。 纳 米 传 感 器 在 分 子 层 面 运 行 , 目 标 物 质
的 分 子 与 传 感 元 件 之 间 发 生 直 接 —— 几 乎 是
瞬 时 —— 的 反 应 , 而 且 反 应 副 产 物 几 乎 瞬 时
传 送 到 检 测 装 置 。 此 外 , 纳 米 传 感 器 不 需 要
用 分 离 流 程 隔 离 目 标 物 质 分 子 。 纳 米 级 传 感
器 设 计 ( 图 2) 采 用 对 目 标 物 质 分 子 有 特 定
亲 和 力 的 传 感 元 件 。 这 种 特 定 亲 和 力 很 强 ,
因 而 不 需 要 额 外 的 样 本 准 备 、 预 处 理 或 分 离
流 程 。 传 感 元 件 是 固 定 的 , 采 用 精 确 定 向 ,
因 而 目 标 物 质 分 子 与 传 感 元 件 的 反 应 副 产 物
会 快 速 和 准 确 地 传 送 到 微 电 极 。 整 套 系 统 可
以 安 装 在 一 个 手 持 式 装 置 或 剂 量 计 里 , 其 价
格 显 著 低 于 常 规 色 谱 分 析 仪 。 但 是 请 注 意 :
传 感 器 仅 适 用 于 检 测 特 定 的 化 学 品 。 因 此 ,
若 要 识 别 未 知 的 神 经 毒 剂 , 则 需 要 在 同 一 个
装 置 内 安 放 几 片 不 同 的 纳 米 传 感 基 质 。
托 莱 多 大 学 和 空 军 理 工 学 院 的 研 究 人 员
正 在 研 发 一 种 酶 纳 米 生 物 传 感 器 , 用 于 检 测
OP 化 合 物 , 例 如 用 于 合 成 沙 林 神 经 毒 剂 的 甲
基 磷 酸 二 甲 酯 (DMMP)。 该 传 感 器 归 类 为 生
物 传 感 器 , 因 为 它 使 用 一 种 酶 来 检 测 目 标 物
质 分 子 。 甲 基 磷 酸 二 甲 酯 是 目 前 已 知 毒 性 最
强 的 物 质 之 一 , 并 可 能 致 癌 , 若 吸 入 、 咽 入
或 透 过 皮 肤 渗 入 , 可 能 会 致 命 。OP 化 合 物 会
使 人 丧 失 行 动 能 力 和 死 亡 , 其 主 要 作 用 机 制
是 抑 制 对 人 体 中 枢 神 经 系 统 功 能 有 重 要 作 用
的 一 种 酶 , 从 而 干 扰 肌 肉 活 动 和 产 生 严 重 的
症 状 , 甚 至 最 终 死 亡 。 7
若 要 有 效 检 测 DMMP, 则 需 要 使 用 有 机
磷 水 解 酶 (OPH) 作 为 传 感 元 件 , 因 为 它 有
很 强 的 DMMP 亲 和 力 。 这 种 酶 是 有 机 化 学 品 ,
会 由 于 一 种 称 为 减 活 化 (deactivation) 的 现
象 而 降 解 和 失 去 功 效 。 因 此 , 先 要 把 OPH 酶
放 入 保 护 性 肽 纳 米 管 。 研 究 人 员 使 用 肽 纳 米
管 的 理 由 是 , 它 们 易 于 合 成 , 具 有 良 好 的 化
学 稳 定 性 和 热 稳 定 性 、 良 好 的 传 导 性 、 卓 越
的 生 物 兼 容 性 和 良 好 的 功 能 灵 活 性 。 8 在 初
步 试 验 中 , 肽 纳 米 管 中 OPH 酶 的 稳 定 性 是 游
离 酶 的 四 倍 。OPH 酶 能 够 很 容 易 地 附 着 到 肽
纳 米 管 内 壁 , 然 后 肽 纳 米 管 附 着 到 一 个 称 为
图 1 : 典 型 的 气 相 色 谱 检 测 系 统 示 意 图
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