《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、研究計劃、研究方向等，以期了解當前材料科技發(fā)展的國家動向和前沿領域，并重點分析了若干前沿領域的發(fā)展趨勢，包括石墨烯、輝鉬半導體、納米生物傳感器、柔性顯示材料、納米結構鋼、高密度磁記錄材料、固態(tài)照明材料、合金材料、計算材料等。提煉各前沿材料科技領域關鍵科技問題和技術方向、未來發(fā)展趨勢等。同時，基于材料科技論文的文獻計量分析，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指數等，國家/地區(qū)排名情況，主要材料研究領域分布等；比較分析世界主要材料研究機構與大學，包括發(fā)文量、被引頻次、h指數等，機構排名情況等，各材料領域重點機構。分析頂尖材料科學家，遴選出TOP100的科學家，以及各個材料研究領域的科學家。基于ESIResearchFronts進行前沿研究領域分析。
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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)異的表面化學性能和良好的電學性能，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的過電位、利用碳納米管固定化酶、利用碳納米管進行直接電子傳遞、用于藥物傳遞和細胞病理學的研究等。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或堿性基團，就可以作為原子力顯微鏡針尖來滴定酸性或堿性基團。納米管羧基化后可以進一步衍生化，實現與酶、抗原／抗體、DNA等分子的結合，制備出各種生物傳感器。
美國斯坦福大學和伊利諾大學科研人員開發(fā)出了對過氧化氫敏感的納米管，當它與葡萄糖接觸時，將產生數量可變的過氧化氫，過氧化氫會使納米管的光學性質發(fā)生變化，因此，產生的過氧化氫越多，納米管在暴露于近紅外激光下時所發(fā)出的熒光就越強。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的研究人員實驗表明，碳納米管與柯薩奇腺病毒（coxsackie—adenovims）受體的共價官能團可作為生物傳感器，專門檢測腺病毒中的蛋白質。分子動力學實驗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）。
日本三美電機公司與北海道大學共同研究開發(fā)碳納米管場效應晶體管（CNT-FET）生物傳感器，除了與現行的酶聯免疫法（ELISA）相比能以高出3～4位數的靈敏度檢測出病毒外，還可用作“現場檢測”的便攜檢測工具。日本三美電機公司的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。在柵電極上預先附著特定的病毒抗體，病毒抗原接觸柵電極時與抗體結合。通過CNT-FET的閾值電壓變化把此時的柵電位變化檢測出來。病毒抗原與抗體結合時的閾值電壓的變化量高達數伏，靈敏度非常高。美國伊利諾大學香檳分校研究人員將碳納米管技術與DNA相結合，創(chuàng)造出一種可以探測微量互補性DNA的生物傳感器，這項工作為新型的基于納米管的傳感和測序技術提供了眾多的可能性。
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