生物传感器

第三节生物传感器一、生物传感器的基本概念生物体的基本特征之一，是能够对外界的各种刺激做出反应。

其所以能够如此，首先是由于生物体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收并处理的信号。

例如，鹰的眼睛具有犀利的视觉，它能在半英里外搜捕猎物，从上千英尺的高空扎向反光的水面抓鱼；苔藓植物的叶大都只有一层细胞，二氧化硫等有毒气体可以从背、腹两面侵入叶细胞，所以，苔藓植物对二氧化硫等有毒气体十分敏感，在污染严重的城市和工厂附近很难生存。

人们利用这个特点，把苔藓植物当作监测空气污染程度的指示植物。

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。

待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。

有人把21世纪称为生命科学的世纪，也有人把21世纪称为信息科学的世纪。

生物传感器正是在生命科学和信息科学之间发展起来的一个交叉学科。

必将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。

二、生物传感器的基本构成及工作原理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），以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。

生物传感器的基本构成及工作原理如图所示：三、生物传感器与传统的各种物理传感器和化学传感器的区别传感器主要由信号感受器和信号转换器组成，它能够感受一定的信号并将这种信号转换成信息处理系统便于接收和处理的信号（如电信号和光信号）。

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。

生物传感器的原理与应用生物传感器是一种能够依靠生物分子与物理信号进行相互作用，实现生物信息转化和检测的装置。

它借鉴了生物学，化学和电子学的理论和技术，广泛应用于医疗、环境、食品安全等领域。

本文将介绍生物传感器的原理和一些常见的应用。

一、生物传感器的原理生物传感器通常由三个组成部分构成：生物识别元件、信号转换元件和信号处理元件。

1. 生物识别元件：生物传感器通过生物识别元件与待测物相互作用，实现检测和分析。

生物识别元件通常是具有特定选择性的生物分子，如酶、抗体、核酸等。

通过与待测物相互作用，生物识别元件可以产生特异性的信号响应。

2. 信号转换元件：信号转换元件将生物识别元件产生的生物分子信号转化为物理或化学信号。

常见的信号转换元件包括光电二极管、电化学电极和晶体振荡器等。

不同的生物传感器采用不同的信号转换元件来实现信号的转换和放大。

3. 信号处理元件：信号处理元件将信号转换元件转换得到的物理或化学信号进行放大、滤波和解码等处理。

信号处理元件通常由微处理器或电子电路组成，能够对信号进行实时监测和分析，并输出相应的结果。

二、生物传感器的应用生物传感器在医疗、环境监测和食品安全等领域有广泛的应用。

1. 医疗领域：生物传感器在医疗诊断中起到了重要的作用。

例如，血糖传感器可以测量血液中的葡萄糖浓度，用于糖尿病患者的自我监测。

基因传感器可以检测DNA序列，用于遗传疾病的早期筛查。

此外，生物传感器还可以用于药物筛选和监测药物浓度等方面。

2. 环境监测：生物传感器被广泛应用于环境监测，尤其是水质和空气质量监测。

水质传感器可以检测水中的氨氮、重金属等物质，用于水质评估和污染监测。

生物传感器还可以用于检测空气中的有害气体和微生物，提供实时的环境监测数据。

3. 食品安全：生物传感器在食品安全领域也有重要的应用。

例如，食品中的农药残留可以通过生物传感器进行快速检测。

利用生物传感器还可以检测食品中的重金属和微生物等有害物质，确保食品的安全性。

生物传感器技术生物传感器技术近年来在生物医学、环境监测、食品安全等领域得到广泛应用。

它具有快速、高灵敏度、高选择性、便携性等优点，可以对生物分子进行检测和分析。

本文将介绍生物传感器技术的原理、分类、应用以及未来发展趋势。

一、生物传感器技术的原理生物传感器技术是基于生体过程或生物材料与物理信号或化学信号的相互作用实现的一种检测技术。

其原理主要包括生物识别元件（如抗体、酶、核酸等）与物理或化学传感元件（如电极、有机分子等）之间的作用。

通过生物识别元件与待测物质之间的特异性反应，产生信号变化，进而被物理或化学传感元件检测到并转化为可量化的电信号。

二、生物传感器技术的分类根据生物识别元件的类型，生物传感器技术可分为抗体传感器、酶传感器、核酸传感器、细胞传感器等。

抗体传感器利用抗体与特定抗原结合发生免疫反应，实现对抗原的检测和分析。

酶传感器则是利用酶与底物之间的特异性反应来检测和分析底物的存在和浓度。

核酸传感器通过测定DNA或RNA的序列或特定结构来实现对目标核酸的检测。

细胞传感器则基于细胞活性和代谢产物的变化来检测和分析生物分子。

三、生物传感器技术的应用生物传感器技术在医学领域具有广泛的应用价值。

例如，血糖传感器可以通过检测血液中的葡萄糖浓度，实现对糖尿病患者血糖水平的监测和调控。

DNA传感器可以帮助人们进行遗传病的早期诊断。

此外，生物传感器技术还可以应用于环境监测领域，如检测环境中的有害物质浓度和种类，以及水质、空气质量等的监测。

在食品安全方面，生物传感器可以大大提高食品中有害物质如农药残留、重金属等的检测灵敏度和准确性。

四、生物传感器技术的未来发展趋势随着生物传感器技术的不断发展，人们对其性能和应用的要求也越来越高。

未来，生物传感器技术可能出现以下发展趋势：首先，生物传感器的灵敏度将得到进一步提高，可以检测到更低浓度的物质。

其次，传感器将变得更加小型化和便携化，方便实时检测和现场应用。

此外，多功能和多参数传感器的研究和应用也将成为发展的趋势，实现复合分析和全面监测。

生物传感器导言生物传感器是一种具有生物识别功能的器件，可以通过生物体的特定信号或变化来检测和测量外部环境、生理活动或生物分子等信息。

生物传感器的应用领域广泛，涵盖了生物医学、环境监测、食品安全等多个领域，具有重要的研究和应用价值。

生物传感器的类型生物传感器按照传感元件的特性和信号来源可以分为多种类型，其中常见的包括电化学传感器、免疫传感器、DNA传感器、细胞传感器等。

这些传感器通过不同机制与生物体相关的物质相互作用，转化成可输出的信号。

•电化学传感器：利用生物体内或生物体产生的电活性物质引起电流变化的原理进行检测，如葡萄糖传感器等。

•免疫传感器：通过生物体内抗原和抗体的结合反应来检测特定物质，常用于检测病原体、荷尔蒙等。

•DNA传感器：基于DNA分子结构的特异性识别原理，用于检测DNA序列、病毒等。

•细胞传感器：利用细胞与外部环境的相互作用来监测环境中的毒素、微生物等。

生物传感器的应用生物传感器在医学、环境监测、食品安全等领域有着广泛的应用，主要表现在以下方面：•医学领域：生物传感器可用于检测药物浓度、疾病标志物、生理参数等，有望提高医学诊断和治疗的准确性和效率。

•环境监测：生物传感器可以检测环境中的污染物、重金属等有害物质，为环境保护和监测提供技术支持。

•食品安全：生物传感器可用于检测食品中的有害物质、微生物等，保障食品安全，减少食品中毒事件发生。

生物传感器的发展趋势随着生物技术和纳米技术的不断发展，生物传感器的灵敏度、稳定性和便携性不断提升，未来生物传感器的发展趋势主要包括以下几个方面：•多功能一体化：未来生物传感器将趋向于多功能一体化，同时具备多种检测功能，提高传感器的综合性能。

•微型化和便携化：生物传感器将逐渐向微型化、便携化发展，方便快速实时检测需要。

•智能化：结合人工智能和大数据分析，生物传感器将具备智能化的特性，提高信号处理和数据分析的效率和准确性。

结语生物传感器作为一种具有生物体识别功能的重要器件，对医学、环境监测、食品安全等方面具有重要的应用意义。

生物传感器原理及应用
一、生物传感器原理
生物传感器的原理是基于生物物质和化学信号的反应机制，也就是可
以通过检测物质的改变来检测生物物质，化学信号转变成电信号被检测仪
检测。

这类传感器的构造由生物过程、转换过程以及信号传输过程组成，
传感器可以用来检测蛋白质、基因、生物体活动、药物代谢等物质和信号。

一般来说，生物传感器系统包括传感器本身、信号处理系统，这些都
能够检测、传输和显示检测信号。

生物传感器的原理就是以生物物质或化
学信号为作用因素，利用生物反应机制或化学反应机制来检测物质的变化，最后以电信号的形式显示出来。

二、生物传感器应用
1、医学诊断：生物传感器的应用可以用于医学诊断，可以检测人体
的活性物质，例如检测血液中的糖、胆固醇等物质，以及心跳、血压的检测。

2、环境检测：生物传感器也可以用于环境污染物监测，其可以检测
空气、水和土壤中的有毒物质，以及温度、湿度等物质。

3、食品安全：生物传感器也可以用于食品安全检测，可以检测食品
中的有毒物质，例如砷、汞等。

4、军事检测：生物传感器可以用于军事情报收集，例如对目标物体
的检测，以及对危险物质的检测等。

抗体(Antibody)细胞器传感二.敏感器件（分子识别元件）1．酶（Enzyme）及酶电极(1).酶的催化特性酶是生物体内产生并具有催化活性的一类蛋白质。

此类蛋白质表现出特异的催化功能，因此，酶被称为生物催化剂．酶在生命活动中起着极为重要的作用，它们参加新陈代谢过程中的所有生化反应，并以极高的速度和明显的方向性维持生命的代谢活动，包括生长、发育、繁殖与运动．可以说，没有酶生命将不复存在．目前已鉴定出的酶有2000余种。

B.交联法借助双功能试剂使酶分子之间发生交联作用，制成网状结构特点：利用共价键固定酶，不使用载体。

双功能试剂戊二醛、己二胺、双偶氮苯等2.免疫传感器(Immunosensor)免疫是指机体免疫系统识别自身与异己物质，并通过免疫应答排除抗原性异物，以维持机体生理平衡的功能。

抗体（antibody）抗体是一种免疫球蛋白．免疫球蛋白有5种，分别命名为IgG，IgA，IgM，IgD和IgE，无脊椎动物不产生免疫球蛋白．鱼有IgM,两栖类有IgM和IgG.除人类有5种免疫球蛋白外，大多数哺乳动物只有IgG，IgA,IgM和IgE四种免疫球蛋白．1电化学电极(1)电位型电极（1）离子选择电极离子选择性电极是一类对特定的阳离子或阴离子呈选择性响应的电极，具有快速、灵敏、可靠、价廉等优点，因此应用范围很广．（2）氧化还原电极氧化还原电极是不同于离子选择电极的另一类电位型电极．这里指的主要是零类电极。

我们在前面提到光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时，会形成消逝波进入到光疏介质中，而在介质（假。