第七章 生物传感器
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当待测物与分子识别元件(由具有识别能力的生物功能物质如酶、微生物、抗原和抗体等构成)特异性地结合后,产生的光、热等通过信号转换器转变为可以输出的电信号、光信号等,由检测器经过电子技术处理,在仪器上显示或记录下来,从而达到分析检测的目的。
其分类方式很多,根据生物分子识别元件上的敏感物质可分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、基因传感器、免疫传感器等[15 ]用于农药残留分析的传感器技术主要集中在酶生物传感器( EBS)上生物传感器(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。
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,将生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器。
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。
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。
生物传感器的原理: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。
生物传感器1 生物传感器概述生物传感器是指“使用固定化的生物分子(immobilized biomolecules)结合换能器,用来侦测生物体内、外环境化学物质或与之起特异性交互作用,并产生响应的一种分析检测装置”。
其工作原理是: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,达到检测待测物浓度的目的。
与传统分析方法相比,生物传感器将分离和检测统一为一体,具有体积小、响应快、准确度高,可以实现活体连续在线自动检测,以及成本低和易普及等优点,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,是发展生物技术不可或缺的一种先进检测与监控装置。
生物传感器有多种分类方式: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、组织传感器和微生物传感器等;根据检测原理,生物传感器可以分为光学传感器、电化学传感器及压电生物传感器等;根据生物敏感物质相互作用的类型,生物传感器可以分为亲和型和代谢型2种;此外,还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、胰岛素传感器等。
生物传感器由两个主要关键部件所构成,一是分子识别组件,此组件为生物传感器信号接收或产生部件;另一是物理信号转换组件,为硬件仪器部件。
因此,如何利用已有的生化分离和纯化方法或设计合成特定的生物活性分子(biological active materials),结合精确而且响应快速的物理换能器(transducers)组合成生物传感器反应系统,是研究生物传感器的主要任务。
目前,尽管已有多种生物传感器已经商业化,但是这方面的研究和应用仍然处于起步阶段,如何研究和开发新的专一性强、结构稳定、寿命较长、生产廉价、适应高通量分子识别和监测的分子识别组件是当今生物传感器研究的关键。