生物传感器在医学上的应用
[摘要]：生物传感器作为一项新兴的科学技术已应用于医学检验分析领域中, 是近来国际上医学检测技术的热点之一[1]。生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂体系中进行在线连续监测等特点[2]。本文综述了生传感器的基本概念、基本原理、特点、分类，并对国内外近几年光学、电化学和压电3种生物传感器及其应用。
[关键词] 生物传感器医学应用发展前景
1、引言
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感系统,通过眼、耳、皮肤来感知外界的光、声、温度、压力等物理信息, 通过鼻、舌感知气味和味道这样的化学刺激。而生物传感器是一类特殊的传感器, 它以生物活性单元( 如酶、抗体、核酸、细胞等) 作为生物敏感单元, 对目标测物具有高度选择性的检测器。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。因其具有选择性好、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监测, 特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点, 使其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。特别是分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合, 正改变着传统医学、环境科学、动植物学的面貌。生物传感器的研究开发, 已成为世界科技发展的新热点, 形成21 世纪新兴的高技术产业的重要组成部分, 具有重要的战略意义[2]。
2、生物传感综述
2. 1 生物传感器的基本概念[3]
生物传感器是用固定化的生物活性材料( 酶、蛋白质、DN A、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。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。
2. 2 生物传感器的工作原理及特点[3]
生物传感器以生物化学和传感技术为基础, 其工作原理可用图1 表示: 待测物质经扩散作用进入分子识别元件( 生物活性材料) , 经分子识别, 与分子识别元件特异性结合, 发生生物化学反应, 产生的生物学信息通过相应的信号转换器转化为可以定量处理的光信号或电信号, 再经仪器的放大、处理和输出,即可达到分析检测的目的。生物传感器采用固定化生物活性物质作催化剂, 专一性强, 只对特定的底物起反应、分析速度快、灵敏度高、稳定性强、准确度高、操作简单, 容易实现自动分析、体积小, 可以实现连续在线监测、成本低, 容易进行批量生产等特点。
2. 3 生物传感器的分类[3]
○1 根据生物传感器中生物分子识别元件上的敏感物质可分为: 微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA 传感器等。
○2根据生物传感器的信号转换器可分为: 电化学生物传感器、半导体生物传感器、热学生物传感器、光学生物传感器、声学生物传感器等。
○3根据生物传感器中生物敏感物质相互作用的类型可分为: 催化型生物传感器、亲和型生物传感器、代谢型生物传器。
2.4生物传感器在医学领域的应用现状[4]
2.4.1在临床检查中的应用
（１）实验室检查
○1 血气分析和离子测量
利用光纤传感器可以检测血液中氧饱和度、氧分压、二氧化碳分压、PH （Potential of hydrogen）值等，新型的光纤微型传感器可同时测定上述成分；离子传感器已经用于测量人体分泌和代谢液中的氢离子、钾离子、钠离子、氯离子等的浓度；Fujita等设计的超氧阴离子传感器可以准确测量体内的超氧阴离子。
○２葡萄糖测量
快速准确检测血糖浓度已经得以实现，如Khan等设计的一种敏感荧光体标记的葡萄糖／乳糖结合蛋白突变体葡萄糖传感器特别适合检测糖尿病患者血糖；Asif等设计以功能化氧化锌－纳米棒为基础的电化学葡萄糖传感器能够测量人脂质细胞内葡萄糖，时间仅需1ｓ，测得的葡萄糖浓度值范围比传统方法宽。
无创血糖检测技术是血糖检测方法发展的一个热点，目前国内外临床上基本都需要手指刺血或者静脉取血方法来检测葡萄糖浓度。这些创伤性采血方法给患者带来很大痛苦，同时增加了患者感染其它疾病的机会。Pickup等利用葡萄糖对特定波长红外光敏感的特点制成的葡萄糖传感器，初步实现了无创血糖检测，克服了采血法检测的缺点。
○３癌症早期诊断
在血液、尿液、体液里寻找肿瘤生物标记物是诊断肿瘤的有效方法之一，目前的生物传感器正从单一肿瘤标记物向多个发展。Suwansa－ard等通过自组装法将肿瘤相关抗原125（CA125）固定在金电极表面构建的电容型免疫传感器对CA125的检测限为0.05U／ｍｌ线性范围为0.05～40U／ｍｌ，重复性和再生性（达到48次）好。Domnanich等设计的免疫传感微阵列传感器可以平行检测黑色素瘤的五种肿瘤标志蛋白：预测和演进因子、血管皮生长因子、Ｃ反应蛋白及白细胞介素10等，该免疫传感器为肿瘤标志物的联合检测建立新的检测平台。对多种肿瘤标记物（在其浓度很低时）同时准确快速检测已经是影响患者有效治疗和康复的一个重要因素。
○４遗传物质测定
生物传感器可以帮助医生从ＤＮＡ、ＲＮＡ、蛋白质及其相互作用层次上了解疾病的发生、发展过程，有助于对疾病及时诊断和治疗，例如用于测定相应细菌和病毒ＤＮＡ或者其它相关生物分子以诊断相应疾病。中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室设计出一种新型生物传感器，可与生物芯片结合用于快速检测多种微小ＲＮＡ，特异性、灵敏性均较高，具有广阔的的应用前景。
(２) 电生理检查
常见的心电图、脑电图以及肌电图等均是运用能够把离子转换为电流的电极作为传感器的。美国科学家Zouridakis及其研究小组发明的光纤耦合激光二极管便携式脑外伤检测仪，为低收入患者及时发现颅脑损伤提供了新的选择，相关仪器的使用费用低于MRＩ或ＣＴ的１／１０。
(３) 影像检查
影像检查使疾病的表现更加直观，加深了人们对疾病的认识。
○１超声波检查
超声波传感器广泛用于多种系统疾病的诊断。近几年来科学家发展了彩色编码多普勒系统，以不同颜色显示血流的方向，色泽的深浅代表血流的流速，可准确地确定血管是否通畅、狭窄、闭塞以及病变部位。新一代的Ｄ型超声波还能定量地测定管腔内血液的流量。实时超声弹性成像、超声造影、四维超声等技术的应用可以更清晰地显示甲状腺、乳腺、肝脏、肾脏等部位的肿瘤。
○2 X射线和MR1检查
佳能公司上市了一种拍摄后3ｓ即可显示图像的医用X射线传感器，极大提高了诊断效率；光纤CT是目前国外一种先进的医学诊断成像仪器，利用光纤CT可得到分辨率极高的图像，非常适合检查早期癌症；在MR1成像系统中，新一代的光纤温度传感器，使永磁体磁场温度稳定使MR1保持高清晰图像。
○３内镜检查
光导纤维图像传感器扩大了内窥镜应用范围，光导纤维柔软、自由度大、传输图像失真小、直径细，操作中不会引起患者的痛苦与不适。伴随一些新内镜技术不断出现，还能够显示普通高清晰度内镜无法显示的特殊微小结构。胶囊内镜（capusule endoscopy）被医学界称为21世纪内镜发展的革命与方向，是多种传感器集于一身的无创、微型检查装置［5］。其工作原理是：受检者口服内置摄像与信号传输装置的智能胶囊，借助消化道蠕动使之在消化道内运动并拍摄图像，医生利用体外的图像记录仪和影像工作站对其病情做出诊断。目前图像传感器应用正向微观领域纵深发展，已经能够对基因表达、受体、信号通道、凋亡、细胞外基质进行成像。
2.4.2 临床监测方面的应用
用于医学监测的传感器既可以安置在体外，也可以插入血管和植入体内组织。
指夹式光电容积血流脉搏波传感器可定量检测出人体心搏出量、外周阻力、血管弹性、血液黏性和微循环状况等方面的十几项血流指标参数。红外线传感器智能额式体温计测量体温只需１ｓ，同时有液晶数字显示、语音播报、随时检测环境温度变化并修正其读值的功能，较传统的水银体温计测量效率和安全性大为提高。Glaser等用超声波传感器非侵入性评估全髋关节置换术后的髋关节情况。
Ferrara等设计的体内移植物表面压力传感器，可以监测移植物与身体的融合程度。Ohki等在腹主动脉瘤血管内修复过程中用一个无线压力监测传感器系统来检测和控制动脉瘤内压，提高了手术的效果和增加了探测内漏的安全性。Moore等设计的椎间盘压力传感器提高了对脊柱生物学机制和疾病的了解，为医生提供了有价值的临床和生理学资料。基于“电子鼻”的糖尿病呼气快速传感技术使血糖监测更加方便，减轻了糖尿患者的痛苦。
2.4.3 治疗方面的应用
○1超声波治疗
高强度聚焦超声（high intensity focused ultrasound,HIFU）治疗技术是一种新的局部无创治疗手段。超声波传感器发射的超声波穿过软组织而聚焦到体内的病变组织（靶点），使局部组织内的温度瞬间即可上升到65℃以上，导致蛋白变性及组织细胞凝固性坏死以破坏病灶，周围超声波通过的组织则没有损伤；超声波体外碎石原理是通过超声波传感器将体外冲击波聚焦于结石后将其碎成泥砂状，经器官管道排出体外而达到治疗目的；还可以用超声波的机械按摩作用来治疗身体慢性损伤性疾病等。
○2放射治疗
X线传感器及γ射线传感器是X－刀和γ－刀必需部分。X－刀和γ－刀的射线从不同角度和方向照射进人体并汇聚成焦点，产生很高的放射剂量摧毁病灶。X－刀和γ－刀在治疗脑肿瘤、脑血管畸形、脑功能性病变方面疗效显著，是当前医学领域的尖端技术。
○３心脏起搏器治疗
生理性心脏起搏器通过特殊的传感器系统感知患者的身体活动、呼吸次数和心电变化而自主调整自身的节律，通过微型电流传感器激发心脏搏动使之接近正常生理状况，该型起搏器明显改善了患者心脏功能和临床症状，提高了预后质量。
○４糖尿病治疗
Cavalcanti等发明的葡萄糖纳米机器人治疗糖尿病方便有效，该机器人能够实时监控血糖浓度并根据患者实际情况给予胰岛素治疗，使患者饮食和药物治疗相互平衡，生活方式更加健康和舒适。
○５外科手术治疗
香港东区医院成立了全球首个高清机器人系统综合内镜微创手术室，机器
人在多个传感器系统的协同配合下为患者实施了多种复杂的手术，手术创伤小、患者恢复快、住院时间短、并发症少、费用低，
因而备受临床外科医生和患者的青睐。
2.4.4 疾病预防方面的应用
传统检测病原体方法如分离培养、免疫法、荧光显微镜法以及20世纪中后期发展的聚合酶链反应法和酶联免疫吸附试验无法满足快速检测及基层普及要求。生物传感器以其快速、灵敏、准确、高效、成本低和便携等优点，逐渐成为近年来病原体检测技术热点之一。快速同时多种病原体检测是目前传染病预防的主要特征。
Arshak等设计的新型“电子鼻”可以同时用来测量食物中沙门菌属、蜡样芽胞杆菌、副溶血弧菌等。Nilssona等设计的病毒传感器能够快速准确检测流感病毒Ｈ１Ｎ１、Ｈ３Ｎ２等。Bisoffi等设计的病毒传感器能够检测出柯萨奇病毒、新诺瓦病毒、汉坦病毒、布尼亚病毒、负旋ＲＮＡ病毒。Zhang等用非标记电化学ＤＮＡ生物传感器列阵来测量人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus,HIV）寡聚核苷酸序列，能够测量多种ＨＩＶ。
Yuan等设计的一种化学传感器能够对多种重金属和普通离子进行快速检测，对预防重金属离子中毒以及对重金属中毒的诊断有着重要的意义。
随着检测病原体技术的更新和改进，人们能够及时对传染病作出有效的防治
3、展望
生物传感器简易、快捷、价廉的独特优越性在各种医学检测诊断中已得到了初步体现, 它在医学领域中具有广泛的应用前景和巨大的潜在价值.可以预言，传感器在医学领域内的应用将更加广泛。一方面，传感器提高了疾病诊断的准确性、治疗的有效性和预防的可预见性，已经成为促进医学发展的一个主要动力。另一方面，医学的发展对传感器的发展提出更高的要求，促进了医用传感器的发展。可以相信，传感器将会给医学界带来巨大的变化，为广大患者带来更多的福音。
4、参考文献
[1]曾辉, 温志立.生物传感器在医学中新的应用[J].现代临床医学生物工程学杂志,2002,8
(1):72-75.
[2]林泉,彭承琳,宋文强.生物传感器的发展及其在生物医学中的应用[J].中国医学装备,2007,4(4):19-22.
[3]罗宏,刘劲,邓刚.生物传感器在医学中的应用现状和发展前景[J].医疗设备信息,2006,21(11)：40-44.
[4]李建国,陈飞,徐帅.传感器在医学领域的应用进展[J].生物医学工程学杂志,2012,29(１):197-200.
[5] 许乐，罗庆锋，王薇，等．胶囊内镜在消化道疾病诊断中的应用［Ｊ］．中国消化内镜，2007,1(5):9-11．
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)
生物传感器的应用现状和发展趋势 【摘要】改革开放以来，国民生活的各个方面都取得了明显的进步。随着科学的发展生产力的不断提高，生物传感器的应用越来越广泛。为我们的生产生活带来了很大的方便，研究生物传感器的应用现状和发展趋势，有利于我们对生物传感器进行全面深入的了解，有利于生物传感器的自身发展，同时有利于生物传感器的应用广泛推广。因此有必要详细说明生物传感器的应用现状和发展趋势。 【关键词】生物传感器；应用现状；发展趋势 1.前言 生物传感器作为一种高科技手段，在医学、军事、食品、农业等各个领域均得到了广泛的应用。它具有传感器不可替代的地位，利用生物中独特的物质，通过一系列的化学反应，检测出相关物质。生物传感器相对与传统的传感器相比，具有高灵敏度、高选择度、成本低廉、运用普及度高、污染程度小的特点。因此，研究生物传感器的应用现状和发展趋势具有重要意义。 2.简要介绍生物传感器 Gronow将生物传感器定义为一种含有固定化生物物质（如酶、抗体、全细胞、细胞器或其联合体）并与一种合适的换能器紧密结合的分析工具或系统，它可以将生化信号转化为数量化的电信号。生物传感器一般由两个主要部分组成：一是生物分子识别元件（感受器），是具有分子识别能力的生物活性物质（如酶、抗体、组织切片、细胞、细胞器、细胞膜、核酸、有机物分子等）；二是信号转换器（换能器），主要有电化学电极、光学检测元件、热敏电阻、场效应晶体管、压电石英晶体及表面等离子共振器件等。当待测物与分子识别元件特异性结合后，所产生的复合物通过信号转换器转变为可以输出的电信号、光信号等，从而达到分析检测的目的。 3.生物传感器的具体应用 3.1 制药方面 生物传感器在生产药物时具体作用表现为对具体进行生化反应进行检测，生物传感器可以及时的测量有关生化反应的各项数据，并将它及时反馈给系统。在抗癌药物及癌症治疗方面，生物传感器发挥了极其重要的作用。在实验室中对癌细胞进行培养，并把用相应药物与之发生反应，通过生物传感器对实验数据进行测量，来具体观察药物对癌细胞的作用。在不同药物间的对比中，选出最具有抗癌性的药物。 3.2 食品方面
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. 答： 生物传感器：用生物质作为敏感元件的一种传感器。 主要部件：生物敏感膜（或称作分子识别原件）和换能器 生物敏感膜是生物传感器的关键元件，直接决定传感器的功能和质量 换能器的作用是将各种生物的、化学的和物理的信息转化成电信号 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。答： 所谓酶联免疫测定法是指用酶促反应的放大作用来显示初级免疫学反应。主要有： 一、夹心法，多用于检测大分子物质，其操作步骤如下： （1）将特异性抗体与固相载体连接，形成固相抗体：洗涤除去未结合的抗体及杂质。 （2）加受检标本：使之与固相抗体接触反应一段时间，让标本中的抗原与同相载体上的抗体结合，形成固相抗原复合物。洗涤除去其他未结合的物质。（3）加酶标抗体：使同相免疫复合物上的抗原与酶标抗体结合。彻底洗涤未结合的酶标抗体。此时固相载体上带有的酶量与标本中受检物质的量正相关。（4）加底物：酶催化底物成为有色产物。根据颜色反应的程度进行该抗原的定性或定量。 举例：（1）应用双抗体夹心法可检测人体中的免疫球蛋白D的含量；（2）应用双抗体夹心法检测患者血清中的抗环瓜氨酸肽抗体的含量。 二、竞争法，多用于小分子或半抗原的检测，操作步骤如下： （1）将特异抗体与固相载体连接，形成固相抗体，洗涤。
（2）待测管中加受检标本和一定量酶标抗原的混合溶液，使之与固相抗体反应。如受检标本中无抗原，则酶标抗原能顺利地与固相抗体结合。如受检标本中含有抗原，则与酶标抗原以同样的机会与固相抗体结合，竞争性地占去了酶标抗原与固相载体结合的机会，使酶标抗原与固相载体的结合量减少。参考管中只加酶标抗原，保温后，酶标抗原与同相抗体的结合可达最充分的量。洗涤。 （3）加底物显色：参考管中由于结合的酶标抗原最多，故颜色最深，参考管颜色深度与待测管颜色深度之差，代表受检标本抗原的量。待测管颜色越淡，表于标本中抗原含量越多。 图示如下： 举例：（1）利用竞争法检测乙型肝炎病毒核心抗体的影响因素；（2）利用竞争法检测蓝舌病抗体的含量。 3. DNA的三级结构？ 答： 一级结构：脱氧核苷酸在长链上的排列顺序 二级结构：双螺旋链（碱基配对原则） 三级结构：超螺旋结构 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. 答： (1)生物敏感元件常用固定方法有：夹心法、包埋法、吸附法、共价结合法、交联法、微胶囊法 (2)各方法的特点： 夹心法：操作简单，不需要化学处理，固定生物量大，响应速度快，重现性好，
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)
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。
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
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。
生物传感器的应用现状 及发展前景 Hessen was revised in January 2021
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。
电化学生物传感器的应用实例 摘要：生物电化学传感器是生物传感器中研究最早、种类最多的一个分支, 它具有专一、高效、简便、快速的优点, 已应用于生物、医学及工业分析等方面。目前，生物传感器正进人全面深人研究开发时期，各种微型化、集成化、智能化、实用化的生物传感器与系统越来越多。相信在不久的将来，生物传感器的面貌会焕然一新。 关键词：生物传感器，应用 引言 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门交叉学科。 最早的生物传感器发明于1962年，英国Clark[1]利用不同的物质与不同的酶层发生反应的工作原理，在传统的离子选择性电极上固定了具有生物功能选择的酶，从而构成了最早的生物传感器一一酶电极。生物传感器的研究全面展开是在20世纪80年代，20多年来发展迅速，在食品工业、环境监测、发酵工业、医学等方面得到了高度重视和广泛应用。 1 工作原理及其分类 1.1 工作原理 传感器主要由信号检测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、光信号等。生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件。换句话说，它是利用生物的或有生命物质分子的识别功能与信号转换器相结合，将生物反应所引起的化学、物理变化变换成电信号、光信号等。Rogers[2]等人将生物传感器定义为:由生物识别单元，如酶、微生物、抗体等和物理转换器相结合所构成的分析仪器，生物部分产生的信号可转换为电化学信号、光学信号、声信号而被检测。可见，任何一个生物传感器都具有两种功能，即分子识别和信号转换功能。 1.2 主要分类 生物传感器的分类方式很多，但根据生物学和电子工程学各自的范畴，主要有以下两种分类方式。 (1)根据生物传感器中信号检测器上的敏感物质分类 生物传感器与其它传感器的最大区别在于生物传感器的信号检侧器中含有敏感的生命物质。这些敏感物质有酶、微生物、动植物组织、细胞器、抗原和抗体等。根据敏感物质的不同，生物传感器可分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。生物学工作者习惯于采用这种分类方法。(2)根据生物传感器的信号转换器分类
生物传感器在环境监测中的应用 摘要： 生物传感器以其方便快捷、灵敏度高、选择性好等优点，已然成为了各个学科中不可或缺的测试仪器。其广泛应用于食品工业、发酵工业、医学、环境监测等各个领域。在环境领域，生物传感器以又应用于水质、大气等介质中的各种污染物的检测，已经是日常监测中不可替代的分析仪器。本文对生物传感器在环境监测的应用进行综述。未来，生物传感器会越来越灵敏、越来越方便快捷，将会大大提高环境监测人员的工作效率。 关键词：生物传感器，污染物监测，环境监测。 1.生物传感器简介： 生物传感器是一种对生物物质敏感并将其浓度转化为电信号进行监测的仪器。一般由需要以下几个部位组成：识别元件、理化换能器、信号放大器以及分析系统等。识别元件一般由固定化的生物敏感材料制成，这些材料可以是酶、抗体、抗原、细胞、核酸、组织、微生物等物质；适当的理化换能器，如氧电极、光敏管等可以制成换能器，这是将一些物质浓度转化为电信号的关键；而信号放大装置的作用就是将电信号放大，然后方便信号接收进而给分析系统进行分析。生物传感器是一种将信息学、生物芯片、计算机等学科融合交叉的科学产物，是科技发展的过程必不可少的先进的检测装置。从第一支生物酶传感器的研制后，生物传感器以其高选择性、体积小、方便携带、实时监测、环境污染小、高灵敏度和连续测定等优点，在生物科学、环境科学、食品科学等领域皆有十分广阔的探索价值和应用前景[1]。 生物传感器有许多种分类方式: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，生物传感器可分光学生物传感器、电化学生物传感器及压电生物传
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。
生物传感器应用及展望 0 引言 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门交叉学科。最早的生物传感器发明于1962年，英国Clark利用不同的物质与不同的酶层发生反应的工作原理，在传统的离子选择性电极上固定了具有生物功能选择的酶，从而构成了最早的生物传感器一一酶电极。生物传感器的研究全面展开是在20世纪80年代，20多年来发展迅速，在食品工业、环境监测、发酵工业、医学等方面得到了高度重视和广泛应用。目前，生物传感器正进人全面深人研究开发时期，各种微型化、集成化、智能化、实用化的生物传感器与系统越来越多。相信在不久的将来，生物传感器的面貌会焕然一新。 1 工作原理及分类 1.1 工作原理 传感器主要由信号检测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、光信号等。生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件。换句话说，它是利用生物的或有生命物质分子的识别功能与信号转换器相结合，将生物反应所引起的化学、物理变化变换成电信号、光信号等。 Rogers等人将生物传感器定义为:由生物识别单元，如酶、微生物、抗体等和物理转换器相结合所构成的分析仪器，生物部分产生的信号可转换为电化学信号、光学信号、声信号而被检测。可见，任何一个生物传感器都具有两种功能，即分子识别和信号转换功能。 1.2 主要分类 生物传感器的分类方式很多，但根据生物学和电子工程学各自的范畴，主要有以下两种分类方式。 (1)根据生物传感器中信号检测器上的敏感物质分类 生物传感器与其它传感器的最大区别在于生物传感器的信号检侧器中含有敏感的生命物质。这些敏感物质有酶、微生物、动植物组织、细胞器、抗原和抗体等。根据敏感物质的不同，生物传感器可分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。生物学工作者习惯于采用这种分类方法。 (2)根据生物传感器的信号转换器分类 生物传感器中的信号转换器与传统的转换器并没有本质的区别。例如:可以利用电化学
生物传感器在医学上的应用 [摘要]：生物传感器作为一项新兴的科学技术已应用于医学检验分析领域中, 是近来国际上医学检测技术的热点之一[1]。生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂体系中进行在线连续监测等特点[2]。本文综述了生传感器的基本概念、基本原理、特点、分类，并对国内外近几年光学、电化学和压电3种生物传感器及其应用。 [关键词] 生物传感器医学应用发展前景 1、引言 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感系统,通过眼、耳、皮肤来感知外界的光、声、温度、压力等物理信息, 通过鼻、舌感知气味和味道这样的化学刺激。而生物传感器是一类特殊的传感器, 它以生物活性单元( 如酶、抗体、核酸、细胞等) 作为生物敏感单元, 对目标测物具有高度选择性的检测器。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。因其具有选择性好、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监测, 特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点, 使其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。特别是分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合, 正改变着传统医学、环境科学、动植物学的面貌。生物传感器的研究开发, 已成为世界科技发展的新热点, 形成21 世纪新兴的高技术产业的重要组成部分, 具有重要的战略意义[2]。 2、生物传感综述 2. 1 生物传感器的基本概念[3] 生物传感器是用固定化的生物活性材料( 酶、蛋白质、DN A、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。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。 2. 2 生物传感器的工作原理及特点[3]
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，传感器技术在发展经济、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。 常见传感器有电阻式传感器、激光传感器、温度传感器、光敏传感器、生物传感器、压力传感器、超声波测距离传感器、盐浓度传感器以及电导传感器等。 二、生物传感器概述 生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原等）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。 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，便制成了这种葡萄糖传感器。 生物传感器的分类：
… 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，传感器技术在发展经济、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。 常见传感器有电阻式传感器、激光传感器、温度传感器、光敏传感器、生物传感器、压力传感器、超声波测距离传感器、盐浓度传感器以及电导传感器等。 二、生物传感器概述 生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原等）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。 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，便制成了这种葡萄糖传感器。
医学检验需要建立各种快速检验方法，传统检验方法以实验室方法为主，包括一系列繁琐的操作过程，而且周期长，远远不能适应临床的需要，生物传感器的出现导致了分析生物学技术的一场革命，分析生物学从“半定量”向精确定量和自动化操作过程的转换。生物传感器是基于生物反应进行检测的一类特殊的化学传感器，它是以生物活性单元(如酶、抗体、核酸、微生物、细胞、组织等)作为生物敏感基元，对被测样品具有高度选择性的检测器，它通过各种化学、物理信号转换器捕捉目标与敏感基元三向的反应，然后将反应的程度用离散或连续的电信号表达出来，从而得出被检测品的浓度。由于生物传感器为临床检验提供了一条快速、操作简便的新型手段，已引起检验医学界的关注。 生物传感器是由生物、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[1]，主要用于生物医学信息的检测。 1962年英国学者Clark和Lyons最先提出，可以将酶反应的高度特异性和电极响应的高度灵敏结合起来，由此提出酶电极概念[2]。1967年，updike和Hicks成功的研制出第一个以铂电极为基本的葡萄糖氧化酶传感器[3]。70年代，相继出现了电流型和电位型微生物电极、组织电极、线粒体电极。80年代，利用生物反应的光效应、热效应、场效应和质量变化而开发的生物传感器蓬勃发展，开始了生物电子学传感器的新时代。我国的生物传感器就始于这一时期：1988年梁逸曾将其全面系统地介绍给了国内化学界[4]。90年代，虽然我国生物传感器的某些研究项目处于国际领先地位，但目前国内尚无真正商品化的传感器面市，总体研究水平与国际上还有一段差距。到目前为止，生物传感器大致经历了3个发展阶段：第一代生物传感器是由固定了生物成分的非活性基质膜和电化学电极组成；第二代生物传感器是将生物成分直接吸附或共价结合到换能器表面，而无需非活性的基质膜，测定时不必向样品中加入其它试剂；第三代生物传感器是把生物活性成分直接固定在电子元件上，它们可以直接感知和放大界面物质变化，从而把生物识别和信号转换处理结合在一起。 1 生物传感器的工作原理及结构生物传感器的检测原理：待测物质进入生物活性材料(如酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等)，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、声、光等信号[5]。再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。传感器的结构一般由两部分组成，其一是生物分子识别元件(感受器)，是指将一种或数 生物传感器在医学领域中的应用 鲁然 [关键词] 生物传感器；医学领域 咱相关生物活性材料固定在其表面(也称生物敏感膜)；其二是能把生物活性表达的信号转换为电、声、光等信号的物理或化学换能器，二者结合在一起，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。 2 生物传感器的分类及特点2.1 生物传感器的类型 生物传感器的类型和命名方法比较多而且不一，主要有两种分法即按分子识别元件分类和按换能器类型分类，两种方法如图1[6]。 2.2 生物传感器的特点 ①采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。②专一性强(选择特异性强)，只对特定的底物起反应，而且不受颜色、浊度的影响。③分析速度快，可以在一分钟得到结果。④准确度高，一般相对误差可以达到1%。⑤操作系统比较简单，容易实现自动化分析。⑥成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币。⑦有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生，能得到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产率的方向。 3 在医学领域中的应用分子生物传感器可以广泛应用于对体检中的微量蛋白、小分子有机物、核酸等多种物质的检测。在现代医学检验中这些项目是临床诊断及病情分析的重要依据，能够在体内的实时监控生物传感器对于手术中和重症监护的病人很有帮助。 3.1 酶传感器的应用 酶传感器是由固定化酶作为敏感元件的生物传感器。应用酶传感器可以省去提纯酶的复杂步骤。许多酶传感器都可以用于临床生化指标(葡萄糖、乳酸、尿素、尿酸、肌酸、肌酐、谷氨酰胺、血清中总蛋白、血清中胆固醇、血清中甘油三脂、天 作者单位：071000 河北保定252医院检验科 (鲁然) 图1 生物传感器的分类