生物传感器
1. 概述
生物传感器基本特征之一，是能够对外界的各种刺激做出反应。其所以能够如此，首先是由于生物能感受外界的各类刺激信号，并将这些信号转换成体内信息处理系统所能接受并处理的信号。例如，人能通过眼、耳、鼻、舌、神等感觉器官将外界的光、声、温度及其他各种化学和-物理信号转换成人体内神经系统等信息处理系统能够接受和处理的信号。现代和未来的信息社会中，信息处理系统要对自然和社会的各种变化作出反应，首先需要通过传感器将外界的各种信息接收下来，并转换为信息系统中的信息处理单元（即计算机）能够接受和处理的信号。
随着生产力的高度发展和物质文明的不断提高，在工农业生产、环境保护、医疗诊断和生物工程等领域，每时每刻都有大量的样品余姚分心和检验。这些样品要求在很短的时间内完成检测，有时甚至要求在线或在或体内直接测定。这就需要开发一种能够测定各种无机或有机化合物的新型有效的传感器。生物传感器便是其中的一个重要方面。
在现代信息科学技术领域中，有人把计算机比作大脑，而把传感器比作感觉器官。在生物信号的分析检测领域，目前的状况是“头脑发达，感觉迟缓”。因此，生物传感器的研究和应用更加被提到日益重要的地位。
2. 生物传感器的定义
根据中华人民共和国国家标准(GB 7665-1987)的规定，传感器定义为：能感受规定的被测量信号并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转化、转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量信号的部分；转换元件是指将敏感元件感受或响应的被测量信号转换成使用于传输或测量的电信号部分。
生物传感器由生物识别元件和信号转换器组成，能够选择性地对样品中的待测物发出相应，通过生物识别系统和电化学或其他传感器把待测物质的浓度转为电信号，根据电信号的大小定量测出待测物质的浓度。生物传感器是应用生物活性材料（如酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理或化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质在分子水平的快速、微量分析方法。
3. 生物传感器的特点
生物传感器作为一种新型的检测方法，与其他传统的检测方法相比较，有以下几个特点。
①生物传感器是一种经济、简便的检测方法，它是由选择性好的生物材料构成的分子识别元件，因此一般不需要进行样品的预处理。
②专一性强，只对特定物质起反应，而且不受颜色、浊度的影响，灵敏度高，选择性及抗干扰能力强。因此生物传感器主要是利用酶和底物、抗原和抗体、DNA-DNA或DNA-RNA等生物识别机理，所以具有其他化学法无法比拟的优越性。
③体积小，便于携带，可以实现连续在线监测和现场检测。
④操作系统比较简单，容易实现自动分析，准确度高，一般相对误差可以达到1％。
⑤样品用量小，响应快，并且由于敏感材料是固定化的，可以反复使用多次。
就生物传感器本身来讲成本低，价格低廉，便于推广。
⑥生物传感器应用中得到的信息量大，可以用于指导生产。有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供养状况和副产物的产生，在生产控制中能得到由许多复杂的物理化学传感器综合作用才能获得的信息，同时它们还指明了增加产物得率的方向。
但是生物传感器的长期稳定性、可靠性和一致性还不理想，批量生产工艺尚待建立，因此还需在实践中研究解决。目前生物传感器普遍存在的问题主要有：敏感膜上生物分子的固定量以及固定分子的活性都很难控制，导致传感器使用的一致性、可靠性差，测量精密度低；生物敏感膜的制备工艺复杂，成品率不高，难以进行批量生产；测定环境要求严格，传感器的抗干扰能力也有待提高。
4. 生物传感器的基本组成及其工作原理
4.1 生物传感器的基本组成
生物传感器是由生物活性物质作为敏感元件，配以适当的换能器所构成的选择性小型分析器件。其基本组成单位包括具有分子识别功能的感受器(receptor)、换能器(transducer)和检测器(detector)3个部分，换能器和检测器又可以统称为信号转换器。生物体的成分（如酶、抗原、抗体、核酸等）或生物体本身（如细胞、细胞器、组织等）具有分子识别能力的，均可作为敏感材料。敏感材料经固定化后形成的一种膜结构即生物传感器的感受器。具有分子识别功能的感受器是生物传感器的关键元件，决定了生物传感器选择性的好换。换能器是将分子识别元件上进行生化反应时消耗或生成的化学物质、产生的光或热等转换成电信号或光信号的装置。生化反应中产生的信息时多元化的，因此选择不同的换能器对信息进行转换非常重要。
4.2 生物传感器的原理
生物传感器是用生物活性物质做敏感器件，配以适当的换能器所构成的分析工具（或分析系统）。它的工作原理是待测物质经扩散作用进入固定化生物敏感膜层，经感受器的分子识别，发生生物化学反应，产生的信息继而相应的化学或物理换能器转化为可定量和可处理的电信号或光信号，再经信号处理放大系统处理后，在仪表上显示或记录下来。传感器的性能主要取决于感受器的选择性、换能器的灵敏度以及它们的响应时间、可逆性和寿命等因素。
5. 生物传感器的分类
5.1 按传感器输出信号的产生方式分类
生物传感器可分为生物亲和性生物传感器、代谢型生物传感器和催化性生物传感器。
5.2 按生物分子识别元件分类
生物传感器的分子识别系统所用的生物活性物质有酶、微生物、动植物组织、细胞器、抗原/抗体和核酸等。根据所用的生物活性物质分类，可将生物传感器分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞传感器和免疫传感器、基因生物传感器等。
5.3 按信号转换器分类
生物传感器的信号转化器是将分子识别元件进行识别时所产生的化学或物理的变化转换成可用信号的装置。信号转换器有多种，电化学型和光电型转换器为主要类型，其中用的最多、最成熟的是电化学电极。因此常用的信号转换器有离子选择电极（ISE）、离子选择场效应管（ISFET）、酶FET(ENFET)、热敏电阻及光电转换元件和压电晶体管等，所以传感器相应地分为电化学生物传感器、半
导体涩会那怪物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器和测声型表面声波生物传感器等。
6. 生物传感器的应用
6.1 在环境监测中的应用
近年来，环境污染问题日益严重，人们迫切希望拥有一种能对污染物进行连续、快速、在线监测的仪器，生物传感器蛮子了人们的要求。目前，已有相当部分的生物传感器应用于环境监测中。利用环境中的微生物细胞如细菌、酵母、真菌作为识别元件，这些微生物通常可从活性泥状沉积物、河水、瓦砾和土壤中分离出来。生物传感器在环境监测中应用最多的是水质分析。例如，在河流中放入特制的传感器及其附件可进行现场检测。
大气污染是一个全球性的严重问题。微生物传感器也可检测CO2、NO2、NH3、CH4之类的气体。如检测CO x的生物传感器，它利用氧电极和一种特殊的硝化杆菌以亚硝酸物作唯一能源。
随着科学的发展，不断有新的农药和抗生素用于农牧业，它们在给人类带来富足的同时，也给人类健康带来了危害。近些年，人们就生物传感器在该领域中应用做了一些有益的探索，如Starodub等分别用乙酰胆碱酯酶（BchE）为敏感材料，制作了离子敏场效应晶体管酶传感器，两种生物传感器均可用于蔬菜等样品中有机磷农药DDVP和伏杀磷等的测定，检测限为10-7~10-5mol/L。
6.2 在食品分析中的应用
生物传感器可广泛用于食品工业生产中，如对食品原料、半成品和产品质量的检测，发酵生产中在线监测等。利用氨基酸氧化酶传感器可测定各种氨基酸（包括谷氨酸、L-天冬氨酸、L-精氨酸等十几种氨基酸）。鲜度是评价食品品质的重要指标之一，通常用人的感官检验。但感官检验主观性强，个体差异大，故人们一直在寻找客观的理化指标来代替。V olpe等曾以黄嘌呤氧化酶为生物敏感材料，结合过氧化氢的电极，通过测定鱼降解过程中产生的一磷酸肌苷（IMP）、肌苷（HXP）和次黄嘌呤（HX）的浓度，从而评价鱼的限度。在视频工业中，葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和贮藏寿命的一个重要指标。已开发的酶电极型生物传感器可用来分析白酒、苹果汁、果酱和蜂蜜中的葡萄糖等。食品添加剂的种类很多，如甜味剂、酸味剂、抗氧化剂等，生物传感器用于食品添加剂的分析也已有许多报道。例如，亚硫酸盐通常用作食品工业的漂白剂和防腐剂，采用亚硫酸盐氧化酶为敏感材料制成的电流型二氧化硫酶电极可用于测定食品中的亚硫酸含量。此外，也有用生物传感器测定色素和乳化剂的报道。
6.3 在发酵工业中的应用
在各种生物传感器中，微生物传感器具有成本低、设备简单、不受发酵液浑浊程度的限制、能消除发酵过程中干扰物质的干扰等特点。因此，在发酵工业中广泛地采用微生物传感器作为一种有效的测量工具。微生物传感器可用于测量发酵工业中的原材料和代谢产物。另外，还用于微生物细胞数目的测定。利用这种电化学微生物细胞数传感器可以实现菌体浓度的连续、在线测定。
6.4 在生物医学上的应用
医学领域的生物传感器发挥着越来越重要的作用。生物传感技术为基础医学研究及临床诊断提供了一种快速简便的新型方法，并且因其具有专一、灵敏、响应快等优点而受到越来越多的关注和应用。
6.4.1 基础研究
生物传感器可实时监测生物大分子之间的相互作用。借助于这一技术动态观
察抗原、抗体之间结合与解离的平衡关系，可较为准确地测定抗体的亲和力及识别抗原表位，生物传感器测定帮助人们了解单克隆抗体的特性，有目的地筛选各种具有最佳应用潜力的单克隆抗体，而且较常规方法省时、省力，结果页更为客观可信，在生物以学术研究方面已有较广泛的应用。如用生物传感器测定重组人肿瘤坏死因子α（TNF-α）、单克隆抗体的抗原识别表位及其亲和常数。
6.4.2 临床应用
用酶、免疫传感器等生物传感器来检测体液中的各种化学成分，为医生的诊断提出依据。如美国YSI公司推出一种固定化酶型生物传感器，利用它可以测定出运动员锻炼后血液中存在的乳酸水平或糖尿病患者的葡萄糖水平。生物传感器还可以预知疾病发作。
6.4.3 生物医药
利用生物工程技术生产药物时，将生物传感器用于生化反应的检测，可以迅速地获取各种数据，有效地加强生物工程产品的质量管理。生物传感器已在癌症药物的研制方面发挥了重要的作用。如将癌症患者的癌细胞取出培养，然后利用生物传感器准确地测试癌细胞对各种治癌药物的反应，经过这种实验就可以快速地帅选出一种最有效的治癌药物。
6.5 在军事上的应用
现代战争往往是在核武器、化学武器、生物武器的威胁下进行的战争。侦检、鉴定和监测是整个“三防”医学中的重要环节，是进行有效化学战和生物战防护的前提。由于具有高度特异性、灵敏性和能快速地探测化学战剂（包括病毒、细菌和毒素等）的特性，生物传感器将是最重要的一类化学战剂和生物战剂侦检器材。
单克隆抗体的出现及其与微电子学的联系使发展众多的小型、超敏感生物传感器称为可能，生物传感器在军事上的应用前景将更为广阔。
生物传感器的研究现状及应用 生物传感器？这个熟悉但又概念模糊的名词最近不断出现在媒体报道上，生物传感器相关的研究项目陆续获得巨额的研究资助，显示出越来越受重视的前景。要掌握生命科学研究的前研信息，争取好的研究课题和资金，你怎能不了解生物传感器？ 让我们来看看生物通最近的一些报道： 英国纽卡斯尔大学科学家研发了可用于检测肿瘤蛋白以及耐药性MASA细菌的微型生物传感器。该系统利用一个回旋装置来检测，类似导航系统和气袋的原理。振荡晶片的大小类似于一颗尘埃尺寸，有望可使医生诊断和监测常见类型的肿瘤，获得最佳治疗方案。该装置可以鉴定肿瘤标志物－蛋白以及其它肿瘤细胞产生的丰度不同的生物分子。该小组下一步目标是把检测系统做成一个手持式系统，更加快速方便地检测组织样品。欧共体已经拨款1200万欧元资金给该小组，以使该技术进一步完善。 苏格兰IntermediaryTechnologyInstitutes计划投资1亿2千万英镑发展“生物传感器平台（BiosensorPlatform）”——一种治疗诊断技术。作为将诊断和治疗疾病结合在一起的新兴疗法，能够在诊断的同时，提出适合不同病人的治疗方案，可以降低疾病诊断和医学临床的费用与复杂性，同时具备提供疾病发展和药品疗效成果的能力。目前该技术已被使用在某些乳癌的治疗上，只需在事前做些特殊的测试，即可根据结果决定适合的疗程。这个技术更被医学界视为未来疾病疗程的主流。 来自加州大学洛杉矶分校的研究者使用GeneFluidics开发的新型生物传感器来鉴定引起感染的特定革兰氏阴性菌，该结果表明利用微型电化学传感器芯片已经可以用于人临床样本的细菌检查。GeneFluidics'16-sensor上的芯片包被了UCLA设计的特异的遗传探针。临床样本直接加到芯片上，然后其电化学信号被多通道阅读器获取。根据传感器上信号的变化来判断尿路感染的细菌种类。从样品收集到结果仅需45分钟。比传统方法（需要2天时间）
阅读报告 生物传感器 教学单位：机电工程学院 专业名称：机械设计制造及其自动化 学号： 学生姓名： 指导教师： 指导单位：机电工程学院 完成时间： 电子科技大学中山学院教务处制发
生物传感器 摘要 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。 生物传感器(biosensor)，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。 关键词:传感器生物传感器
目录 1 生物传感器 (1) 1.1生物传感器简介 (1) 2 生物传感器的介绍 (2) 2.1组成结构及工作原理 (2) 2.2技术特点 (2) 2.3国内外应用发展情况及应用案例 (3) 2.3.1国内应用发展 (3) 2.3.2国外应用发展 (3) 2.3.3应用案例 (4) 参考文献 (6)
生物传感器基本原理与应用 生物传感器，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。 生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成。以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础；而换能部分是把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器）。 各种生物传感器有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。 生物传感器能够选择性地分辩特定物质的物质有酶、结构抗体、组织、细胞等。这些分子识别功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物，如抗体和抗原的结合，酶与基质的结合。 主要应用： 1.食品工业。生物传感器在食品分析中的应用包括食品成分、食品添加剂、有害毒物及食品鲜度等的测定分析。 2.环境监测。环境污染问题日益严重，人们迫切希望拥有一种能对污染物进行连续、快速、在线监测的仪器，生物传感器满足了人们的要求。目前，在包括水环境监测、大气环境监测等方面，生物传感器已经有了较为广泛的应用和良好的前景。 3.发酵工业。在各种生物传感器中，微生物传感器具有成本低、设备简单、不受发酵液混浊程度的限制、可能消除发酵过程中干扰物质的干扰等特点。因此，在发酵工业中广泛地采用微生物传感器作为一种有效的测量工具。 目前主要的应用方向为：原材料及代谢产物的测定、微生物细胞数目的测定等。 4.医学。医学领域的生物传感器发挥着越来越大的作用。生物传感技术不仅为基础医学研究及临床诊断提供了一种快速简便的新型方法，而且因为其专一、灵敏、响应快等特点，在军事医学方面，也具有广的应用前景。目前主要的应用方向有：临床医学（主要是酶电极）、军事医学等。此外，在法医学中，生物传感器还可用作DNA鉴定和亲子认证等。
1.什么是生物传感器?主要由哪几部分组成,分别有什么功能. 生物传感器的定义：生物传感器是一种精致的分析器件，它结合一种生物或者生物衍生的敏感器件与一只理化换能器，能给产生间断或连续的数字电信号，信号强度与被分析物成比例。组成：生物敏感膜（分子识别元件），换能器 作用过程是，待分析物与生物敏感膜发生反应，产生物理、化学量的变化，物理化学量的变化传递给换能器，转换为可被计算机识别的电信号。 生物敏感膜的种类：酶，全细胞，组织，细胞器，免疫物质，具有生物亲和能力的物质，核算，模拟酶。以上生物敏感膜均是人工膜，而非天然生物膜 换能器：其作用是将各种生物的、化学的和物理的信息转化成电信号。可以用作转化的信息有，离子变化，电阻、电导变化，光学变化，质量变化，力学变化，气体分压变化。 2.什么是酶联免疫测定法?描述其两种检测方法,可画图说明.并举一两个例子。 夹心法：先将抗体固定在膜的表面，加入待检测的抗原，与固定抗体结合，因为抗原至少含有两个结合点，可以再结合一个被酶标记的抗体，加入底物，根据标记到抗体上的酶与底物的颜色，荧光，氧化还原电位等信号检测待测抗原的量。 竞争法：将与待测抗原全部覆盖到固定膜上，然后加入待测样品和酶标记的抗体，待反应完全后冲洗固定膜，再检测固定膜上的抗体的量，因为样品中的抗原已被冲走，剩下的抗体是与样品中抗原竞争时结合到被固定抗原上的抗体量。 3.DNA的三级结构？ 一级结构：脱氧核糖核苷酸的排列顺序 二级结构：根据碱基互补配对形成的双螺旋连。现在已发现的螺旋分为B型，A型，C型，Z型，它们在螺距，直径，每个螺旋的碱基数和旋转的方向上不同。 三级结构：DNA双螺旋继续扭曲变形，并与蛋白质分子结合形成核小体，压缩进染色体内。 4.生物敏感元件的固定化方法有哪几种?分别有什么特点.酶和DNA分别常用哪几种固定方法. 5.NH3电极属于第一代生物传感器的哪种基础电极,说明其作用原理. 6.分析裸电极上Fe(CN)63－/4－的循环伏安曲线，并指出由其能得到什么信息。
生物传感器的原理及应用 摘要: 随着信息技术与生物工程技术的发展，生物传感器得到了极为迅速的发展，当今各发达国家都把生物传感器列为21世纪的关键技术，给予高度的重视。生物传感器不仅广泛用于传统医学领域，推动医学发展，而且还在空间生命科学、食品工业、环境监测和军事等领域广泛应用。 关键词:生物传感器；原理；应用；发展 Abstract: As information technology and biological engineering technology, bio-sensors has been very rapid development，today's developed countries regard the biosensor technology as the key to the 21st century, given a high priority. Biosensors are widely used in traditional medicine not only to promote the development of medicine, but also in space life science, food industry, environmental monitoring and widely used in military and other fields. Keyword s: biosensor; principle; application; development
目录 一. 引言 (4) 二. 生物传感器的原理 (4) 三. 生物传感器的应用 (5) 3.1.生物传感器在医学领域的应用 (5) 3.1.1. 基于中医针灸针的传感针 (5) 3.1.2.生物芯片 (5) 3.1.3.生物传感器的临床应用 (5) 3.2.生物传感器在非传统医学领域的应用 (6) 3.2.1．在空间生命科学发展中的应用 (6) 3.2.2．在环境监测中的应用 (6) 3.2.3．在食品工程中的应用 (6) 3.2.4．在军事领域的应用 (6) 四. 生物传感器的未来 (7) 五. 结束语 (7) 六. 参考文献 (7)
生物传感器产业现状和发展前景 冯德荣 1.1 生物传感器概述 生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域，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。它们的共同特征是：探索和揭示出生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本规律,探讨应用于人类经济活动的基本方法。生物传感器技术的研究重点是：广泛地应用各种生物活性材料与传感器结合，研究和开发具有识别功能的换能器，并成为制造新型的分析仪器和分析方法的原创技术，研究和开发它们的应用。生物传感器中应用的生物活性材料对象范围包括生物大分子、细胞、细胞器、组织、器官等，以及人工合成的分子印迹聚合物(molecularly imprinied polymer，MIP)。由于研究DNA分子或蛋白质分子的识别技术已形成生物芯片（DNA芯片、蛋白质芯片）独立学科领域，本文对这些领域将不进行讨论。 生物传感器研究起源于20世纪的60年代，1967年Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶(GOD)固定化膜和氧电极组装在一起，首先制成了第一种生物传感器，即葡萄糖酶电极。到80年代生物传感器研究领域已基本形成。其标志性事件是：1985年“生物传感器”国际刊物在英国创刊；1987年生物传感器经典著作在牛津出版社出版；1990年首届世界生物传感器学术大会在新加坡召开，并且确定以后每隔二年召开一次。 此后包括酶传感器的生物传感器研究逐渐兴旺起来，从用一种或多种酶作为分子识别元件的传感器，逐渐发展设计出用其他的生物分子作识别元件的传感器，例如酶—底物、酶—辅酶、抗原—抗体、激素—受体、DNA双螺旋拆分的分子等，把它们的一方固定化后都可能作为分子识别元件来选择地测量另一方。除了生物大分子以外，还可以用细胞器、细胞、组织、微生物等具有对环境中某些成分识别功能的元件来作识别元件。甚至可以用人工合成的受体分子与传感器结合来测定微生物、细胞和相关的生物分子。 与生物活性材料组合的传感器可以是多种类型的物理或化学传感器，如电化学（电位测定、电导测定、阻抗测定）、光学（光致发光、共振表面等离子体）、机械（杠杆、压电反应）、热（热敏电阻）或者电（离子或者酶场效应晶体管）等等。所有这些具有生物识别功能的组合体通称为生物传感器。 按期召开的世界生物传感器学术大会记录了生物传感器技术发展的历程，总汇了这一领域的发展新动向。例如1992年在德国慕尼黑“国际生物传感器流动注射分析与生物工艺控制”学术会议上对生物工艺控制和在线系统进行研讨，至今仍作为研究者攻关的课题。2004年在西班牙格拉纳达会展中心召开的第八届世界生物传感器大会可以说是世界生物分析系统领域的一次大的盛会［1］，参会代表人数和发表论文数量都创造了历史新高。共有700余名来自世界各地的学者参加了本届大会，第八届世界生物传感器大会涉及领域内容空前广泛，对9个专题进行了分组讨论。包括核酸传感器和DNA芯片、免疫传感器、酶传感器、组织和全细胞传感器、用于生物传感器的天然与合成受体、新的信号转导技术、系统整合/蛋白质组学/单细胞分析、生物电化学/生物燃料/微分析系统、商业发展和市场。其中，单分子/细胞分析和生物印迹生物传感器由于它们良好的发展态势及在生命科学研究中的重要位置成为与会学者讨论的热点问题。
美国普渡大学等机构的研究人员制成了新型生物传感器，能够以非侵入的方式进行糖尿病测试，探测出人体唾液和眼泪中极低的葡萄糖浓度。这项技术无需过于繁复的生产步骤，从而可降低传感器的制造成本，并可能帮助消除或降低利用针刺进行糖尿病测试的几率。相关研究论文发表在《先进功能材料》杂志上。 目前的大多数传感器都能测量血液中的葡萄糖，但却不能探测眼泪和唾液中的葡萄糖浓度，而新方法能够应用于唾液、眼泪、血液和尿液中，这在之前还未被证实过。 新型生物传感器包括3个主要部分：石墨烯制成的纳米片层、铂纳米粒子和葡萄糖氧化酶。其中的纳米片仿若微小的玫瑰花瓣，每片花瓣均包含着多个堆叠的石墨烯层。花瓣的边缘也悬挂着不完整的化学键，使铂纳米粒子可以附着在这里。纳米片和铂纳米粒子相结合能够形成电极，随后葡萄糖氧化酶也可附着在铂纳米粒子上。酶能将葡萄糖转化为过氧化物，并且在电极上产生一个信号。 通常情况下，在获得具有纳米结构的生物传感器成品前，需要经历复杂的处理步骤，其中包括光刻、化学处理、蚀刻等。而这些纳米片花瓣的好处就是，它们能够在任一表面上生长，也无需经历这些步骤，因此可称得上是商业化的理想选择。 除了糖尿病测试，此项技术还可用于感测多种化合物以契合其他的医疗状况。例如可将葡萄糖氧化酶替换为谷氨酸氧化酶来测量神经递质谷氨酸，以进行帕金森症和阿尔茨海默症的测试，或是使用乙醇氧化酶来监测体内的酒精。其不仅应用范围很广，同时还兼具快速和便携的优势。 研究人员称，这是首次在这么宽的检测范围内发现如此低的传感极限。这种探测器能探测到浓度为0.3微摩尔的葡萄糖，比其他基于石墨烯、碳纳米管或金属纳米粒子等材质的电气化学生物传感器更为敏感。 此外，这款传感器还能区分源自葡萄糖和其他化合物的信号，如一般存在于血液中的尿酸、抗坏血酸和对乙酰氨基酚等化合物，其通常会导致对传感器的干扰。此外，这些化合物还具有电化学活性，这意味它们自己就能产生电子信号，而不用像葡萄糖一样，需要和酶发生反应后才能生成单个信号
Chapter １生物传感器 （Biosensors） ? 1.1 Generalization（概述）? 1.2 Principle （基本原理）? 1.3 Classification（分类）? 1.4 Application（应用）
1.2 生物传感器工作原理 被测对象生物敏 感膜 （分子 识别感 受器） 电 信 号 换 能 器 物理、化学反应 化学物质 力 热 光 声 . . . 图16-1 生物传感器原理图
BIOSENSORS 1.2 生物传感器原理 无论是基于电化学、光学、热学或压电 晶体等不同类型的生物传感器，其探头均由 两个主要部分组成，一是感应器，它是由对 被测定的物质（底物）具有高选择性分子识 别功能的膜构成。二是转换器，它能把膜上 进行的生化反应中消耗或生成的化学物质， 或产生的光、热等转变成电信号，最后把所 得的电信号经过电子技术的处理后，在仪器 上显示或记录下来。
换能器（T r a n s d u c e r ）感受器（R e c e p t o r ）= 分析物（Analyte ） 溶液（Solution ）选择性膜（Thin selective membrane ） 识别元件（Recognition ）生物传感器工作机理 测量信号（Measurable Signal ） BIOSENSORS
（1）将化学变化转变成电信号 酶传感器为例,酶催化特定底物发生化学反应,从而使特定生成物的量有所增减。用能把这类物质的量的改变转换为电信号的装置和固定化酶耦合,即组成酶传感器.常用转换装置有氧电极、过氧化氢。
开发与创新 化工之友 ２００７．ＮＯ．０９ （３）优化方案三 适用场合：要求灵敏度较高的定量检测 采用方法：固相微萃取＋反相色谱或离子对色谱＋原子吸收光谱 对于有机锡含量较少，对灵敏度要求较高的检测样本。固相微萃取能比较有效地减少富集过程中的损耗，而反相色谱和离子对色谱的应用也是基于此考虑。原子吸收光谱的适用考虑同前不再赘述。 （４）优化方案四 适用场合：要求对有机锡形态做出具体判断 采用方法：固相微萃取＋气相色谱—质谱联用＋其他有机官能团结构检测手段 有机锡的有机官能团（Ｒ）可以进行一些有机的常规检测，如红外光谱等。对Ｒ与Ｓｎ的结合状态，因为Ｒ－Ｓｎ易断裂则需要采用质谱发结合其他谱图的数据进行推断。考虑色谱—质谱的仪器较为常用。因此利用色谱质谱联用合并完成分裂和检验步骤是可行的。通过各有机Ｒ官能团分子量，与分子离子峰ｍ／ｚ的对照解析。 参考文献 ［１］ 胡冠九有机锡化合物的性质、环境污染来源及测定方法．［Ａ］．环境监测管理与技术，２０００（１２）：１４￣１６．［２］ 张建梅．有机锡化合物的形态分析方法进展 ［Ａ］．通州师范学院学报，２００５（２６）：６５￣６９． ［３］ 秦晓光等．天然水体中有机锡的富集分离方法 ［Ａ］．海洋环境科学，２００１（２０）：６０～６６． ［４］ 刘俊亭．新一代萃取分离技术———固相微萃取［Ｊ］．色谱，１９９７，１５（３）：１１８－１１９． ［５］ 袁玲玲．工业 品及环境中的有机锡的分析方法的研究［Ｄ］．青岛：中国海洋大学，２００６． ［６］ 江桂斌．气相色谱－表面发射火焰光度检测法测定有机锡和有机锗化合物 ［Ａ］．环境化学．１９９７（１６）：１０３￣１０７． ［７］ 杨传孝等．双硫腙分光光度法测定水样中的三苯基锡［Ａ］．华侨大学学报（自然科学版），２００５（２６）：１４１￣１４４． ［８］ 徐福正等．锡与有机锡的分光光度法研究［Ａ］．光谱实验室，１９９９（１６）：２４７￣２５０． ［９］ 何滨等．涂锆石墨管石墨炉原子吸收法测定水样中的有机锡和无机锡［Ａ］．光谱学与光谱分析，１９９９（１９）：７１８￣７２０． ［１０］ 臧树良等．增敏溶出伏安法测定防污漆中的有机锡含量． ［Ａ］．辽宁大学学报（自然科学版），２００４（３）：１９９￣２０５． ＤＮＡ传感器是当今生物传感器中的前沿性研究课题，加强对ＤＮＡ传感器的研究和应用开发具有重要的科学意义和应用价值。我国开展ＤＮＡ传感器的研究有１０年左右的时间，目前已进入实质性研究工作阶段，如石英晶体ＤＮＡ传感器的研究。但大部分应用研究还停留在实验阶段，要真正进入实际应用领域，还需要在提高特异性、防止假阳性等方面继续探索。要以提高检测灵敏度，缩短响应时间为重点，加强ＤＮＡ传感器的可靠性、稳定性和实用性研究。 辣根过氧化物酶能催化四种反应，如氧化反应、还原反应、歧化反应、羟基化反应，因此辣根过氧化物酶最常用来制作生物传感器的酶。固酶技术和固酶材料是影响酶电极的一个关键因素。常用的固酶技术包括电沉积、交联、自组装、导电和不导电聚合膜、凝胶一溶胶。最近，也有相当多的文献报道在制备酶电极时金溶胶、银溶胶、二氧化硅和粘土等无机材料被用作固酶基质，这是研制酶电极的一个趋势。 传统上，人们常用人造电子媒介体如二茂铁及其衍生物、有机染料、醌类、四硫富瓦烯等参与电化学生物传感器的制备以提高传感器的灵敏度和完善传感器的响应性能。最近，有报道Ｏｓ （ｂｐｙ） ２Ｃ１＋／２＋、Ｒｕ（ｂｐｙ）等作为电子媒介体时，低的检测电位能 有效的消除其他物质的干扰。因此，本实验室合成了高氯酸? 三－２，２，—联吡啶合钴（Ⅲ）作为电子媒介体与纳米银结合用 于过氧化氢传感器的研究。实验结果证明，这一新型生物传感器 不仅克服以往同类传感器的缺点，而且还展示了良好的电化学性 能，所以，可以认为我们的工作为制备有使用价值的过氧化氢生 物传感器提供了可供参考的实验依据。 １ 仪器与试剂 ＣＨＩ６６０Ａ电化学工作站，ＣＳ ５０１－ＳＰ型超级数显恒温器， Ｈ－６００透射电子显微镜，辣根过氧化物酶，３０％的Ｈ ２ Ｏ ２ ，聚 乙烯醇缩丁醛（ＰＶＢ）， ２：２＇－吡啶， ＡｇＮＯ ３ ， ＮａＢＨ ４ 。 其他试剂如Ｃ ６ Ｈ ５ Ｎａ ３ Ｏ ７ ?２Ｈ ２ Ｏ， ＫＨ ２ ＰＯ ４ ， Ｎａ ２ ＨＰＯ ４ ， Ｈ ２ Ｏ ２ 等 均为分析纯试剂，实验用水为二次蒸馏水。所有的测试溶液都至 少通Ｎ ２ ５分钟。 ２ 实验的准备 银溶胶的制备：采用化学溶胶法，利用硝酸银（ＡｇＮＯ ３ ）与硼 氢化钠（ＮａＢＨ ４ ）溶液反应制成纳米银胶体，另外，将直径为１ ｍｍ 的铂丝电极作为基础电极，用金相砂纸将其抛光，再用１：１的新型电流生物传感器的研制 耿树志 （天津工业大学材化学院 ３００１６０） 摘 要：由于生物传感器在临床、环境、食品等领域具有广阔的应用前景，近年来发展迅速。本论文从采用新型的电子媒介体和在电极表面电聚合电子媒介体对安培酶电极进行了研究。 关键词：生物传感器 辣根过氧化物酶 电子媒介体 中图分类号：ＴＰ２１文献标识码：Ａ文章编号：１００４－０８６２（２００７）０５（ａ）－０００６－０２ ＦＲＩＥＮＤ ＯＦ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ６
生物传感器的应用与发展趋势 摘要：生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术, 是一种将生物感应元件的专一性与一个能够产生和待测物浓度成比例的信号传导器结合起来的分析装置，具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂的体系中进行在线连续检测的特点。生物传感器的高度自动化、微型化与集成化，减少了对使用者环境和技术的要求，适合野外现场分析的需求，在生物、医学、环境监测，视频，医药及军事医学等领域有着重要的应用价值。 关键词：生物传感器;应用;发展趋势 1生物传感器 从几百年以前,人类就已经在使用生物传感器,而生物传感器的研究始于1962年,Clark和Lyons首先提出使用含酶的修饰膜来催化葡萄糖,用pH计和氧电极来检测相应的信号转变。1967年,Updike和Hick 正式提出了生物传感器这一概念,并成功制备了第一支葡萄糖生物传感器,这一工作对生物学来说具有里程碑意义。生物传感器研究的全面展开是从20世纪80年代开始的,1977年,Kambe等用微生物作识别元素制备了生物传感器,为拓宽检测物的范围,所用到的识别元素不断得到扩展,如细胞、DNA、RNA、抗体等识别元素先后被应用于生物传感器的构筑中。换能器的种类和质量也不断得到提高和发展,随后细胞、DNA、RNA、抗体等识别元素也被应用于生物传感器中。逐渐从电化学向光谱学、热力学、磁力、质量及声波等方向拓展,这也使得生物传感器在种类和应用领域上得到发展。 1.1 生物传感器简介 生物传感器指对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质与适当的理化换能器如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。 将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得检测其对应物的其他传感器。固定感受膜的方法有直接化学结合法；高分子载体法；高分子膜结合法。现已发展了第二代生物传感器:微生物、免疫、酶免疫和细胞器传感器，研制和开发第三代生物传感器，将系统生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器，90年代开启了微流控技术，生物传感器的微流控芯片集成为药物筛选与基因诊断等提供了新的技术前景。由于酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗体膜对生物物质的分子结构具有选择性识别功能，只对特定反应起催化活化作用，因此生物传感器具有非常高的选择性。缺点是生物固化膜不稳定。 在21世纪知识经济发展中，生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。 1.2 生物传感器的分类 生物传感器主要有下面三种分类命名方式： 1．根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件可分为五类：酶传感器，微生物传感器，细胞传感器，组织传感器和免疫传感器。相应的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。 2．根据生物传感器的换能器即信号转换器分类有：生物电极传感器，半导体生物传感器，光生物传感器，热生物传感器，压电晶体生物传感器等，换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。 3.以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类有生物亲和型生物传感器、代谢型或催化型生
目录 1. 电化学生物传感器简介 (2) 1.1 电化学生物传感器的原理 (2) 1.2 电化学生物传感器的发展 (3) ２.电化学生物传感器分类.... 错误！未定义书签。 2.1电化学免疫传感器 .......................................... 错误！未定义书签。 2.2电化学适体传感器 (5) 2.3电化学DNA传感器 (5) 3.信号放大技术在电化学生物传感器中的应用错误！ 未定义书签。 3.1酶催化信号放大技术在电化学生物传感器中的应用错误！未定义书签。 3.2纳米粒子信号放大技术在电化学生物传感器中的应用 3.3 链式反应信号放大技术在电化学生物传感器中的应用 4. 电化学生物传感器研究新进展 (8) 参考文献及英文摘要与关键词. 错误！未定义书签。
电化学生物传感器的研究 摘要本文介绍了电化学生物传感器的发展状况和最新研究方向，综述了近年来电化学生物传感器检测技术的原理和分类，以及信号放大策略在电化学生物传感器中的应用，并概括了电化学生物传感器检测技术的新进展。 关键词电化学生物传感器免疫适体 DNA 信号放大 电化学生物传感器(Electrochemical biosensor)是将生物活性物质如酶、抗原/抗体、DNA、适体等作为分子识别物质固定在电极上,以电化学信号为检测信号的分析器件。电化学生物传感器以其选择性好、灵敏度高、响应快、操作简便、可实现在线、活体分析等特点,在分析化学的研究中起着越来越重要的地位,已广泛用于生命科学、环境分析、药物分析等领域。 1.电化学生物传感器简介 1.1 电化学生物传感器的原理 电化学生物传感器是指由生物体成分（酶、抗原、抗体、激素等）或生物体本身（细胞、细胞器、组织等）作为敏感元件，电极（固体电极、离子选择性电极、气敏电极等）作为转换元件，以电势或电流为特征检测信号的传感器。其原理结构[9]如下图 1 所示。 图1 电化学生物传感器的基本构成示意图 1.2 电化学生物传感器的发展 电化学生物传感器的应用广范，它已经渗透到医药领域、食品卫生、环境检测等生活实践中去，只要应用有：细茵及病毒感染类疾病诊断[24]，基因诊断[25，26]，药物分析[27]，DNA 损伤研究[28]等。由此可见，电化学生物传感器的研究对临床医学和遗传工程的研究具有深远的意义和应用价值。 ２.电化学生物传感器分类 2.1 电化学免疫传感器
生物传感器的应用现状及发展前景 摘要：到来后，获取准确可靠的信息对现代化生产有着重大作用，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。其中生物传感器早已渗透到国民经济的各个部门如食品、制药、、、环境监测等方面。生物传感器专一性好、易操作、设备简单、测量快速准确、适用范围广。随着固定化技术的发展，生物传感器在市场上具有极强的竞争力。生物传感器的研究开发，已成为世界科技发展的新热点。相信不久的将来，生物传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。 关键词：生物传感器、应用、前景 一、传感器概述 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由和转换元件组成”。 随着的到来，世界开始进入。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 传感器早已渗透到工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等各个领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 由此可见，在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。 传感器的特点主要有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。 常见传感器有、、、、、、、以及等。 二、生物传感器概述 生物传感器是用生物活性材料（酶、、、抗体、抗原等）与换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。 1967年.乌普迪克等制出了第一个生物传感器--葡萄糖传感器。将包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了这种葡萄糖传感器。 生物传感器的分类： ⑴按照感受器生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、、DNA传感器等等。
生物传感器的应用及发展趋势 摘要: 生物传感器是一类特殊的化学传感器，是以生物体成分（如酶,抗原,抗体,激素等）或生物体本身(细胞,微生物,组织等)作为生物体敏感元件,对被测目标物具有高度选择性的检测器件。生物传感器不仅广泛用于传统医学领域，推动医学发展，而且还在空间生命科学、食品工业、环境监测和军事等领域广泛应用。 关键词:生物传感器种类；原理；应用；趋势 一.生物传感器基本结构和工作原理 生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成，以分子识别部 分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分 是生物传感器选择性测定的基础。生物传感器通过物理，化学型信号转换器捕捉目标物 与敏感元件之间的反应，并将反应的程度用离散或连续的电信号表达出来，从而得出 被测量。 生物体中能够选择性地分辨特定特质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。这些分子识 别功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物，如抗体和抗原的结合、酶与基质的 结合。在设计生物传感器时，选择适合于测定对象的识别功能物质，是极为重要的前提； 要考虑到所产生的复合物的特性。根据分子识别功能物质制备的敏感元件所引起的化学变 化或物理变化，去选择换能器，是研制高质量生物传感器的另一重要环节。敏感元件中光、热、化学物质的生成或消耗会产生相应的变化量。根据这些变化量，可以选择适光的换能器。 二.生物传感器的分类及应用 1.酶生物传感器 酶传感器是生物传感器的一种，是利用生化反应所产生的或消耗的物质的量，通过电化学 装置转换成电信号，进而选择性地测定出某种成分的器件。酶生物传感器应用于检测血糖 含量，检测氨基酸含量，测定血脂，测定青霉素和浓度，测定尿素，测定血液中的酶含量 酶传感器中应用的新技术：纳米技术 固定化酶时引入纳米颗粒能够增加酶的催化活性，提高电极的响应电流值。首先，纳米颗 粒增强在载体表面上的固定作用；其次是定向作用，分子在定向之后，其功能会有所改善；第三，由于金、铂纳米颗粒具有良好的导电性和宏观隧道效应，可以作为固定化酶之间、 固定化酶与电极之间有效的电子媒介体，从而使得氧化还原中心与铂电极间通过金属颗粒 进行电子转移成为可能，酶与电极间可以近似看作是一种导线来联系的。这样就有效地提 高了传感器的电流响应灵敏度。孟宪伟等首次研究了二氧化硅和金或铂组成的复合纳米颗 粒对葡萄糖生物传感器电流响应的影响，其效果明显优于这=种纳米颗粒单独使用时对葡萄糖生物传感器的增强作用。其原因是纳米粒子具有吸附浓缩效应、吸附定向和量子尺寸颗 粒效应，复合纳米颗粒比单独一种纳米颗粒更易于形成连续势场，降低电子在电极和固定 化酶间的迁移阻力，提高电子迁移率，有效地加速了酶的再生过程，因此复合纳米颗粒可 以显著增强传感器的电流响应。 2.免疫传感器 免疫传感器应用于检测食品中的毒素和细菌，检测DNA 光纤，检测残留的农药，毒品和滥 用药物的检测。
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最为活跃的领域之一，而纳米材料则被认为是跨世纪材料研究领域的热点，有“21 世纪最有前途的材料”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。
生物传感器 生物传感器(biosensor)对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。 目录 简介 解释 定义分类 生物研究 结构原理 应用领域 应用实例 简介 生物传感器（biosensor）对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能
结构 器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。各种生物传感器有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统[1]。 1967年S.J.乌普迪克等制出了第一个生物传感器葡萄糖传感器。将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得检测其对应物的其他传感器。固定感受膜的方法有直接化学结合法；高分子载体法；高分子膜结合法。现已发展了第二代生物传感器（微生物、免疫、酶免疫和细胞器传感器），研制和开发第三代生物传感器，将系统生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器，90年代开启了微流控技术，生物传感器的微流控芯片集成为药物筛选与基因诊断等提供了新的技术前景。由于酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗体膜对生物物质的分子结构具有选择性识别功能，只对特定反应起催化活化作用，因此生物传感器具有非常高的选择性。缺点是生物固化膜不稳定。生物传感器涉及的是生物物质，主要用于临床诊断检查、治疗时实施监控、发酵工业、食品工业、环境和机器人等方面。 生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。在未来21世纪知识经济发展中，生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。[2] 解释 传感器是一种可以获取并处理信息的特殊装置，如人体的感觉器官就是一套完美的传
SPR生物传感器 1 SPR生物传感器的工作原理 SPR是一种物理光学现象，是由入射光的电磁波和金属导体表面的自由电子形成的电荷密度波相互作用产生的。这种沿着金属导体(金、银)表面传播的电荷密度波是一种电磁波，被称为表面等离子体波(Surface Plasmon Wave，SPW)。它是一种消逝波，在金属内部的分布是随着与表面垂直距离的增大而呈指数衰减的。当平行表面的偏振光以一定角度照在界面上发生衰减全反射时，入射光被耦合人表面等离子体内，光能大量被吸收，在这个角度由于表面等离子体谐振将引起界面反射率显著减少。SPR对附着在金属表面的电介质的折射率非常敏感，而折射率是所有材料的固有特征。因此，任何附着在金属表面上的电介质均可被检测，不同电介质其表面等离子角不同。而同一种电解质，其附着在金属表面的量不同，则SPR响应强度不同。基于这种原理，将一种具有特异识别属性的分子(配体)固定在传感芯片表面金属膜上含分析物的样品(受体)以恒定的速度通过传感芯片，与该配体之间发生相互作用，引起金属膜表面溶液的光学参数(如折射率)发生变化，SPR光学信号也随之改变。记录和处理这些信号可将整个反应显示出来。基于这种原理的检测仪器被称为SPR生物传感器(SPR Biosensor)。 根据耦合方式的不同，SPR传感器在结构上可分为棱镜耦合
式SPR传感器，集成光波导耦合式SPR传感器，光纤式SPR传感器和光栅耦合式SPR传感器。根据测量方式，则可分为：(1)角度指示型，固定入射光波长，观测反射光归一化强度达到最小时的入射角；(2)波长指示型，固定入射光的入射角，测量反射光归一化强度达到最小时的波长(3)光强指示型，固定入射光的入射角和波长，测量反射光的归一化光强；(4)相位指示型，固定入射光的角度和波长，测量入射光和反射光的相位差。此外，根据支撑表面等离子体的金属膜不同，则有金膜型和银膜型。对光纤SPR传感器，还有单模光纤和多模光纤之分。图1给出了一种棱镜耦合式、波长指示型的SPR生物传感器系统的工作原理。 图1 SPR生物传感器系统原理图 2 SPR生物传感器的特点 与传统的相互作用检测技术，如超速离心、荧光法、热量测定法等相比，SPR生物传感器具有如下显著特点：(1)实时检测，能动态地监测生物分子相互作用的全过程。这是SPR生物传感器
生物传感器的应用现状 及发展前景 https://www.doczj.com/doc/ac13413391.html,work Information Technology Company.2020YEAR
生物传感器的应用现状及发展前景 摘要：信息时代到来后，获取准确可靠的信息对现代化生产有着重大作用，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。其中生物传感器早已渗透到国民经济的各个部门如食品、制药、化工、医学、环境监测等方面。生物传感器专一性好、易操作、设备简单、测量快速准确、适用范围广。随着固定化技术的发展，生物传感器在市场上具有极强的竞争力。生物传感器的研究开发，已成为世界科技发展的新热点。相信不久的将来，生物传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。 关键词：生物传感器、应用、前景 一、传感器概述 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。国家标准 GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。 随着新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 传感器早已渗透到工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等各个领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到