前沿技术
医学领域中的新型生物传感器
曾 辉,任力锋,刘昭前
(中南大学湘雅医学院,长沙410078)
摘 要:生物传感器作为一项新技术已广泛地应用于人体生化指标和各种病原体的检测、糖尿病和缺血—再灌注损伤病人的监测以及空间生命科学的在线监视等医学领域,它以准确、灵敏、高效、快速、设备简便和成本低等优点,逐渐成为近年来医学诊断监测技术的热点之一。对近年来国内外应用中医学领域中的新型生物传感器进行综述。
关键词:生物传感器;蛋白质;Rac核苷酸;病原体;糖尿病;心肌缺血
中图分类号:R318.04 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2002)10-0059-03
N ew type of biosensors in medical f ield
ZEN G Hui,REN Li2feng,L IU Zhao2qian
(Xiangya Medical College,C entral2South U niversity,Changsha410078,China)
Abstract:Biosensor,as a new technology,has been widely applied in many medical fields,such as monitoring to biochemistry index of human body and to various kinds of pathogens,monitoring to the patient who suffers from diabetes or myocardial ischemia,and on2line monitoring to space life science,etc.It has the advantages of high ac2 curacy,high sensitivity,high efficiency,high velocity,uncomplicated facility and low cost.And gradually in recent years,it is going to be one hot s pot in medical diagnose and monitoring technology.The new biosensors applied in medical territory domestic or overseas recent2year are discussed.
K ey w ords:biosensor;protein;Rac nucleic acids;pathogen;diabetes;myocardial ischemia
0 前 言
20世纪80年代中期生物传感器在临床检验等医学领域中的应用取得了相当不错的效果。但因受计算机技术、生物材料及制造工艺的限制,严重地阻碍了它取得突破性的进展。近年来随着微电子技术与生物技术的飞速发展,为生物传感器的改进和推广提供了一个巨大的契机。“没有传感器技术,就没有现代医学技术”的观点已为全世界所公认。
1 人体生化指标的测定
1.1 蛋白质的检测
Liviu等人[1]用新型传感器在纳米微臼颗粒聚集时对溶解蛋白质进行了检测。他们将3.4kD聚乙烯乙二醇链系在由葡萄球菌溶血素形成的横跨膜蛋白孔腔中。聚合体的自由端被固定在维生素分子上,并与修饰小孔相结合成脂质双分子层,生物素基从膜的一端运动到另一端,以可逆性俘获形式被突变的抗生蛋白链菌素探测到,而俘获的过程可通过
收稿日期:2002-05-13
单孔平坦双分子膜的离子电流的变化而测得。因此,被修饰的小孔能使蛋白质分析元素的探测精确到分子水平,并通过电信号使得量化和鉴定变得方便。
1.2 三磷酸肌醇的测定
三磷酸肌醇(IP3)是人体内细胞间信息传导途径中一个重要的第二信使,它调节着包括细胞内钙离子聚集在内的许多细胞生理功能。许多与钙离子相似的小离子的聚集过程能被荧光光纤传感器所探测到,但是IP3必须用高性能的液体套色板方法才能测定。Phil[2]报道了直接置入体内的IP3生物传感器与大鼠磷脂酶PLCD(pleekstrin Cd)的异族同形结合的领域的进展。他们将三种氨基酸(Arg56, Val58,Asn106)转变成半胱氨酸,然后用四电抗硫醇作标记,一些被标记的半胱氨酸的p H值在荧光反应中对IP3的微齿溶液出现很大的变化,并比对别的肌糖显示出更大的选择性,从而可直接测出体内IP3的量。
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2002年第21卷第10期 传感器技术(Journal of Transducer Technology)
2 基因检测
生物芯片技术是微电子技术与生物工程技术完美结合的产物,它能在短时间内对细胞、蛋白质、基因及其它与生命过程相关的物质进行大信息量检测,其效率是传统检测手段的千百倍。目前,生物芯片技术应用领域主要有基因测序及分析、新基因发现与鉴定、疾病诊断和预测、药物筛选等。
2.1 Rac核苷酸的检测
Vadim等人[3]将被荧光标记的生物传感器和包含Rac与绿色荧光蛋白(GFP)的溶解蛋白质一起介入细胞中来检测Rac核苷酸。它的探头被经GFP 修饰过的接受器染料Alexa546所标记。因为这种传感器的生物膜来源于p212活性激酶(P KA1,一种特殊的GFP2Rac靶蛋白),因此它只有在Rac处于激活状态时才被捆绑到GFP2Rac上,产生反映Rac 活性的大小和局部FRET信号。而p212激酶捆绑领域(PBD)又不含有天然的半胱氨酸,所以半胱氨酸能被引入到它的N H22端并被半胱氨酸选择性的碘乙酰胺染料Alexa546所标记。在FRET起作用且假定荧光团随机旋转的基础上,PBD的N H22端Alexa染色部位与GFP的荧光部位之间的距离被算出为52nm。当表达GFP2Rac的细胞被注入到生物传感器时,在激活的三磷酸鸟苷(GTP)范围中, GFP2Rac的改变部位和GFP2Rac分子的分组数量都能同时被检测出来。FRET能够改变其激活水平的高低,它与在捆的GTP数量是成比例的。
2.2 基因突变和损伤的检测
1997年Wang等人[4]直接用固定dsDNA微型电化学传感器来检测基因突变,基于DNA中鸟嘌呤的氧化信号变化探讨了紫外光辐射引起的DNA 损伤,包括DNA的构象变化及鸟嘌呤的光致化学反应。国内孙星炎等人利用DNA电化学传感器在紫外光照射、亚硝酸的作用下能否杂交及杂交程度上的差异来检测DNA结构上的变异,并初步探讨了上述两种因素引起DNA损伤的程度和可能的突变机理。目前基因检测在疾病诊断方面应用的原理一般是用固定不动的抗原或抗体来探察和它们捆绑在一起的分子聚集时的生物流动性。而DNA生物传感器的微排列是由数千被合成的或被克隆的能在样品中被察觉的连续互补DNA序列组成,这样临床医生能通过传感器的检测迅速找出哪种组织患病和是否带有耐药性的因子,为特殊疾病的快速诊断提供了可能[5]。3 病原体的检测
3.1 细菌病原体的检测
众所周知,细菌的快速鉴别是医学上的一个难题,特别是对可培养的细菌病原体的分类是一个重要的疾病诊断依据。Ertl等人[6]研究了电化学生物传感器的结构,发现它的换能是建立在呼吸循环的基础上,在其过程中微生物的天然呼吸链被外侵的非天然氧化剂所破坏。选择性的生化识别物质—外源凝集素被固定捆绑在细胞表面的脂多糖上,带有不同表面活性物质的多孔膜被证明是这些外源凝集素的潜在固定支持。他们用伴刀豆球蛋白A和E 大肠菌J M105成功地证明这种应用激活膜的手段明显地缩短了在膜表面创造功能性外源凝集素层所需的时间。并发现这种粘集实验的结果与外源凝集素细胞捆绑的生化估价大体上一致。因此当这种以外源凝集素为基础的生物传感器被暴露于带有革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的活细胞中,就可以建立不同生物对不同血凝素的反应模式。这种快速对细菌病原体进行分类检测的方法与现用实验室检测方法相比无疑更具生命力和准确性,它将为临床医生快速查找病因,正确做出诊断提供强有力的武器。3.2 病毒病原体的检测
生物电识别化验(bioelectric recognition assay, B ERA)是一种新型的病毒检测方法,它以细胞群独特的联合为基础,而且这种联合的固定是在细胞质间进行的。它既保护了细胞的生理机能,又能反映细胞与病毒之间的相互作用关系。B ERA是由具有导电性的包含有凝胶体矩阵的细胞的管型探测器构成,特定的细胞在监测下选择性的与病毒相互作用。在这种情况下,当一种带正电荷的样品被加入到探测器上,在病毒与矩阵接触将会出现标志性的电压改变信号。在目前的研究中,B ERA被证明可用于检测人体内病毒(C型肝炎病毒)和植物病毒(烟草病毒),非常灵敏迅速(1～2min),并且可反复使用。
B ERA的敏感度(0.1ng)与先进的免疫学,细胞学和分子工艺相比更优越。比如可以用它来观察复制相反的聚合酶连锁反应的过程[7]。
4 疾病诊断与监测
根据乌克兰国立科学院生物化学分会的最新调查资料显示:多免疫,多酶合并多参数传感器在实验室或野外条件下均能对多种疾病提供快速的分析。如糖尿病,肾病,免疫缺陷病,过敏性疾病,心肌梗死和肿瘤前期的免疫化学诊断[8]。
06 传感器技术 第21卷
4.1 糖尿病患者血糖的监测
当今世界糖尿病的发病率有急剧升高的趋势,因此实行对其患者血糖水平的监测,寻求糖尿病的有效疗法成为摆在人们面前的一个严峻课题。过去采用将真菌酶与葡萄糖氧化酶相结合的方法有效地满足了世界上1%～2%的糖尿病患者的需要。它是通过对葡萄糖水平频繁的监测有效地降低了糖尿病并发症的发生。1987年葡萄糖生物传感器给这种检测带来了更大的便利。近年来主要采用两种新方法,它们都可以对血糖浓度的波动提供详细的信息:(1)采用直接置入皮下的葡萄糖电极测葡萄糖水平,特别是腹部的酶电极的植入。监测器每10s 对病人血糖值测量一次,每5min把平均的葡萄糖值保存起来。这种传感器的寿命可达到3d。(2)采用不置入皮下的葡萄糖电极。它用负离子透入疗法从皮肤组织中摄取葡萄糖以测量在葡萄糖氧化酶催化下葡萄糖产生的过氧化氢形成的电流值。这种装置被设计成腕表形式,在长达12h中每1h自动读取3次血糖值[9]。
4.2 心肌缺血病人的监测
早期发现心肌缺血对于重症病人的监护是非常重要的。而心肌和静脉血流中乳酸盐和葡萄糖的水平变化即是很重要的参数。Tiessen等人[10]成功地将超滤膜结合在不断监测的心导管上,24min后超滤液就能在体外被分析出结果,生物传感器在流动注射分析系统中可被用来连续分析样品。他们将导管插入猪的冠状窦,并于第5min,15min,45min观察冠脉阻塞所导致的缺血多巴胺灌注产生的心肌压力,总共监测的时间为27h,血管内的反应时间为(1.33±0.61)min(10%～90%)。测得活体中血液或超滤液样品的乳酸盐和葡萄糖的线性相关水平分别为0.977和0.994。乳酸盐水平在心肌缺血后5min内比底线高出了(0.38±0.10)mmol/L。再灌注过程可以通过快速达到顶峰的乳酸盐释放水平清楚地标识出来。他们曾经在心导管末端发现了管壁效应,因此对心肌中乳酸盐的吸收和葡萄糖的聚集过程的监测便可以用置入活体中的超滤导管来完成。缺血再灌注损伤能够靠乳酸盐水平的升高很早被发现。唯一不足的是,这种超滤导管对病人乳酸盐水平的监测手段仍然是有创的。
5 空间生命科学发展中的应用
空间飞行对生活系统产生重大影响的问题很多。如调查在微重力环境和空间飞行中对大鼠生活的影响,必须在一段长时间内允许它们相对自由行动中进行。这些研究用现在的仪器检测技术和数据收集系统是无法做到的。而可植入的生物传感器和微型生物遥测术的结合在这方面有着巨大的发展潜力。传感器2000(S2K)的研制是美国国家航天局癌研究中心的重点科研项目[11]。该项目计划与生命科学研究人员协作,提供了先进的生物体内传感器的技术发展、宇宙飞行硬件的发展,并将这些技术转让和商业化。他们与美国联邦贸易委员(Fetal Treatment Center)协作,正在进行用可植入体内的化学生物传感器和生物遥测术对做子宫置换术的孕妇进行不断监测的研究。如果在地面的使用得到确认,则将该技术应用于空间宇宙飞行的动物重要的生化参数的监测。可以预计可植入生物体内传感器和生物遥测技术的结合将使得连续在线的资料获得;灵活方便的远距离测量成为可能。它的研究将推动现代医学和空间生命科学的迅速发展。
6 结束语
生物传感器的独特优越性在医学检测诊断中得到了充分体现,并已开始应用于疾病的预防与治疗。最近的研究进展报道在癫痫患者头部戴上一个微小传感器,用头皮上电极通过对病人脑电波的监测预感癫痫的发作,平均可在7min之前便可预知癫痫发作到来。美国伊利诺伊州的两名华裔科学家将比针头还小,厚度只有10μm的人工微晶片植入患有严重眼疾者的视网膜,这种微晶片包含3500个极其细微的太阳能电池,可以把光线转换成电脉冲,取代视网膜上受损的感光体,(所谓感光体指的是眼睛感光细胞,它负责将光转换成电脉冲信号)。它无须电池和电线,全靠由眼睛接受的光线来提供能量。可望帮助数以百万计因为色素性视网膜炎等眼疾而导致失明者重见光明。有的学者还提出了生物芯片的自组织,自合成的生物计算机的设想。随着计算机技术、微制造技术和生物材料学的不断发展,生物传感器技术在医学领域的应用将越来越广泛,它将取代医学上一些传统的检测、化验方法,成为广泛普及的常规分析检测仪器。
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(下转第64页)
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第10期 曾 辉等:医学领域中的新型生物传感器
出了基于SPR技术的生物传感器免疫分析仪,能测定多种免疫物质[10]。目前优化SPR生物传感器结构,减少生物分子膜和附加物的影响,进一步提高灵敏度和稳定性;敏感器件微型化、集成化、多组分化;检测系统的自动化等是研究SPR生物传感器的重点[11]。
3 生物传感器的发展动向
生物传感器目前正朝着以下几个方面发展:(1)向高性能、微型化、一体化方向发展;(2)将生物传感器与计算机结合,构成生化检测的智能化系统,这种系统具有自动采集数据、数据库管理及用人工智能进行数据处理等能力[12];(3)仿生生物学的发展,使得开发出模仿蝙蝠遥测定位和青蛙遥测温度之类的高灵敏生物传感器,甚至类似诸如蜂、蚁的归巢性“意识”的智能生物传感器成为可能[13]。展望未来,生物传感器的发展前景十分诱人。
4 结束语
生物传感器自20世纪70年代出现以来,得到了迅猛发展,目前主要处于开发阶段,世界各国的一些公司,都把注意力集中到偏重于应用的产品开发上。随着生物技术、材料科学、微电子技术、光电子技术、电子计算机等的发展和实际应用领域的迫切需要,生物传感器的研制与应用会不断向前迈进。参考文献:
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作者简介:
乔晓艳(1970-),女,山西运城人,硕士,山西大学电子信息技术
系讲师。主要从事检测技术、信号处理等方向的研究工作。
(上接第61页)
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作者简介:
曾 辉(1981-),男,河南郏县人,医学学士,现于中南大学湘雅医学院从事生物医学方面的研究工作。
46 传感器技术 第21卷
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）
纳米材料在医学领域的应用研究进展 【摘要】在最近几年，纳米材料和纳米技术迅速发展，得到了科学界的重视。由于纳米材料的特殊的尺寸效应，纳米颗粒、纳米管以及各种纳米技术在医学方面的应用正蓬勃发展，势头十足。但在医学领域发展的同时，人们也逐渐认识到其中的一些问题，如纳米材料的生物毒性等。本文主要综述纳米科技在基医学、药学、临床医学和预防医学中的应用研究进展、问题及改进。 【关键词】纳米材料纳米科学纳米技术药物载体医学生物毒性毒理学 1 引言 纳米仅是一个长度单位，1 nm = 10-9m，当物质进入纳米尺度时，会展现出特有的理化性质，如: 小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等［1］。随着纳米技术的不断发展，各种纳米材料逐渐进入了我们的视野。碳纳米材料主要包括碳纳米管、富勒烯［2］、石墨烯和纳米钻石及其衍生物，是目前应用非常广泛的一类纳米材料，现有的研究结果表明，碳纳米材料在组织工程、药物/基因载体、生物成像、肿瘤治疗、抗病毒/抗菌以及生物传感等生物医学领域中具有潜在的应用前景。 2 纳米材料在医学领域的应用 2. 1 纳米材料在生物医学领域的应用 应用于生物体内应用的纳米材料，它本身既可以是具有生物活性，也可以不具有生物活性，但它在满足使用需要时还必须易于被生物体接受，而不引起不良反应。目前纳米微粒在这方面的应用十分的广泛，如生物芯片、纳米生物探针、核磁共振成像技术、细胞分离和染色技术、作为药物或基因载体、生物替代纳米 材料、生物传感器等很多领域［3］。 纳米探针一种探测单个活细胞的纳米传感器，探头尺寸仅为纳米量级，当它插入活细胞时，可探知会导致肿瘤的早期DNA 损伤。一些高选择性和高灵敏度的纳米传感器可以用于探测很多细胞化学物质，可以监控活细胞的蛋白质和感兴趣的其他生物化学物质。随着纳米技术的进步，最终实现评定单个细胞的健康状况。使用纳米生物荧光探针可以快速准确的选择性标记目标生物分子，灵敏测试细胞内的失踪剂，标记细胞，也可以用于细胞表面的标记研究。
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。
南洋理工大学材料科学与工程学院研究领域详解在您在材料科学与工程学院的日子里，你将会有丰富的知识和技能。我们的目标是让每个学生充分利用材料科学与工程学院的每一项资源，成为具备未来所需技能的领导者，跟着一起来了解一下该学院的研究领域吧。 一、专业纵览 你将会有：材料领域的专业知识;清晰的心灵解决任何问题;精明地传达思想和想法;燃烧激情，实现超越已知能力;在不懈的进步中怜悯。最后一个属性可以完成材料科学与工程学院教育，这就是为了达到你想要的目标而采取的行动。在材料科学与工程学院，我们将为您提供学习的机会。通过您的主动性，参与度和愿望，您可以从经验中获得最大收益。 二、学院使命和愿景 通过不同学科的广泛教育培养创意和企业家领导者成为一所以科学技术为基础的伟大的全球性大学;为了与大学的使命和愿景保持一致，材料科学与工程学院学院制定了以下使命和愿景。 十年来，教育和激励全球联系和跨学科培训的材料科学家和工程师。创造智力价值，激发基于需求的研究，并将科学和技术转化为市场。成为全球领先的材料科学与工程机构。 成为全球领先的材料科学与工程机构，十年来，教育和激励全球联系和跨学科培训的材料科学家和工程师，创造知识价值，激发基于需求的研究，并将科学和技术转化为市场。 三、研究纵览 材料科学与工程学院(材料科学与工程学院)为员工和学生提供了一个充满活力和培养的环境，以便在以下关键领域开展跨学科研究：生物材料和生物医学设备;计算材料科学;国防材料;功能材料和复合材料;可持续发展材料;纳米电子学，纳米材料和多铁学，材料科学与工程学院配备了各种类型的设备和设备，用于教学和广泛的研究用途。
以下是我们的实验室和设施：生物材料;光伏联合实验室;仿生传感器科学中心;电子空间和电子学习工作室;级表征，测试和模拟设施;无机材料表征;材料加工;纳米材料;生物医学实验室;有机材料服务实验室;太阳能燃料实验室。 四、研究领域 研究是材料科学与工程学院最重要的支柱。它将推动我们的增长数量和质量。我们强调对所有教职员工的研究，并鼓励我们的本科生在他们任职的早期参与研究课程。我们通过与世界一流机构的交流课程和联合学位课程，继续寻找吸引和留住优秀研究生的方法。我们鼓励一种研究文化，主要是通过奖励学术人员获得研究成果，包括财务和研究设施等。此外，我们慷慨地将研究生分配给所有擅长研究的学术人员。因此，研究生与学术人员的比例相当健康。 我们还积极寻求与其研究成果众所周知的材料科学和工程学院的外国合作。我们还寻求与行业合作，以确保我们的研究与经济需求相关。我们已与多家公司合作，包括加拿大的Adv Mat Res，瑞典的Radi Corp和美国的Guidant Corp。这种合作将最终吸引优秀的教师和研究人员/学生。 材料科学与工程学院的研究课程涵盖以下领域： 领域1.生物材料和生物医学设备 Biomaterials Group专注于使用传统材料(金属，陶瓷和聚合物)和纳米材料(碳纳米管、纳米复合材料、纳米颗粒)用于生物医学应用。生物材料是许多生物医学设备的关键组成部分。例如，在血液接触装置例如支架或心室辅助装置的情况下，装置的性能取决于生物材料抵抗凝结的能力。在纳米级别进行表面改性以防止这种情况发生是材料科学与工程学院研究的一个关键领域。更一般地说，我们小组的工作涉及陶瓷，聚合物和纳米材料的改进和改造，以满足生物医学领域的多种需求。我们有细胞培养设施，以及广
收稿:2008年3月, 收修改稿:2008年8月 *深圳大学科研启动基金项目(No. 200818 资助**通讯联系人 e 2mail:yang hp@https://www.doczj.com/doc/c615512957.html,. cn 纳米电化学生物传感器 * 杨海朋 ** 陈仕国李春辉陈东成戈早川 (深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室深圳518060 摘要纳米电化学生物传感器是将纳米材料作为一种新型的生物传感介质, 与特异性分子识别物质如酶、抗原P 抗体、D NA 等相结合, 并以电化学信号为检测信 号的分析器件。本文简要介绍了生物传感器的分类和纳米材料在电化学生物传感器中的应用及其优势, 综述了近年来各类纳米电化学生物传感器在生物检测方面的研究进展, 包括纳米颗粒生物传感器, 纳米管、纳米棒、纳米纤维与纳米线生物传感器, 以及纳米片与纳米阵列生物传感器等。 关键词生物传感器电化学传感器纳米材料生物活性物质固定化 中图分类号:O65711; TP21213 文献标识码:A 文章编号:10052281X(2009 0120210207 Nanomaterials Based Electrochemical Biosensors Y ang Haipeng **
Chen Shiguo Li Chunhui Chen Dongche ng Ge Zaochuan (Shenzhen Key Laboratory of Special Functional M aterials, College of Materials Science and Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China Abstract Biosensors w hich utilize immobilized bioac tive compounds (such as enz ymes, antigen, antibody, D N A, etc. f or the c onversion of the target analytes into electroc he mically detectable products is one of the most widely used detection methods and have become an area of wide ranging research activity. The advances in biocompatible nano technology make it possible to develop ne w biosensors. A variety of biosensors with high sensitivity and excellent reproducibility based on nano technology have been reported in recent years. In this paper, the development of the researches on nano amperometric biosensors, one of the most important branches of biosensors, is revie wed. Nanoscale architectures here involve nano 2particles, nano 2wires and nano 2rods, nano 2sheet, nano 2array, and carbon nanotube, etc. Remarkable sensitivity and stability have been achieved by coupling immobilized bioactive compounds and these nanomaterials. Key words biosensors; electroche mistry sensors; nanomaterials; bioactive compounds; immobiliz ation Contents 1 Introduction to biosensors 2 Nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 1 Challenges and developments of biosensors 2. 2 Introduction of nanomaterials 2. 3 Nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 3. 1 Nano particles based electrochemical biosensors
材料科学在医学领域中的重要应用 摘要：材料科学是一门多学科交叉的综合性学科，在很多科学领域都起着至关重要的作用。在医学科学方面，它一次次的掀起新技术的革命，促进医学的不断发展。目前，它在解决困扰医学界多年的难题——器官移植方面也起着重要的作用。 关键词：材料科学、医学、器官移植、生物医学材料、医用金属材料、高分子水凝胶。 材料科学是基于物理，化学，力学，计算机科学、数学和生物学等基础科学而形成的一门多学科交叉的综合性学科，以研究材料性质，组成和结构，合成和加工以及它们之间关系为内涵和特色。它既是一个以探索自身规律为目标的基础科学领域，又是一门与电子，冶金，能源，化工和机械等工程技术密切相关的应用科学。它在工业，航天航空，信息技术，交通运输，军事，医学等领域都起着至关重要的作用。 在医学领域，材料化学必不可少，新材料的不断产生和应用在医学领域掀起一次次的技术和观念革命，不断推动着医学科学的前进与发展。微创介入技术的诞生，使得多年来医疗服务中追求已久的“及时，微创，无痛，舒适”的观念终于得到实施，特殊的器械与材料使得医生在进行手术时可以把刀口开小，有效减少病人的出血和创伤，使病人并发症少，术后恢复快，尤其在治疗心脑血管疾病方面更是疗效显著。纳米材料的应用更是在医学领域掀起了风暴——空心结构的金纳米粒子利用纳米材料特有的小尺寸效应在肿瘤诊断和治疗方面起着重要作用，贵金属纳米银以其超强的还原能力成为一种性能优良的抗菌材料，而目前正在研发的用于医学方面的纳米机器人相信其一旦问世，也将震撼世界。 在长期的医学治疗方面，对于病变的器官和组织，在器官移植技术没有出现之前，人们长期停留在以药物进行治疗和缓解的阶段。但能以药物治好的都是轻中度的病变，而对已经重度病变或是已经坏死的器官，药物根本不起作用，病人只能在极大的痛苦中死去。多年以来，医疗界一直在探求是否能够进行器官移植来挽救患者的生命。但器官移植存在着三个重要的难关——1.移植器官一旦植入受者体内，必须立刻接通血管，以恢复输送养料的血供，使细胞赖以存活，这就要求有一套不同于缝合一般组织的外科技术。2.切取的离体缺血器官在常温下短期内（少则几分钟，多则不超过1小时）就会死亡，不能用于移植。而要在如此短促的时间内完成移植手术是不可能的。因此，要设法保持器官的活性，为器官移植手术赢得时间。 3.医疗上用的器官来自另一个人。但是受者作为生物有着一种天赋的能力和机构（免疫机构），能对进入其体内的外来“非己”组织器官加以识别、控制、摧毁和消灭。这种生理免疫过程在临床上表现为排斥反应，导致移植器官破坏和移植失败。人类的主要两大类主要抗原：ABO血型和人类白细胞抗原(HLA)，它们决定了同种移植的排斥反应。ABO血型只有4种(O、A、B、AB)，寻找ABO血型相同的供受者并不难；但是HLA异常复杂，现已查明有7个位点，即HLA──A、B、C、D、DR、DQ、DP，共148个抗原，其组合可超过200万种。除非同卵双生子，事实上不可能找到HLA完全相同的供受者。所以，同种移植后必然发生排斥反应，必须用强有力的免疫抑制措施予以逆转。在经过几十年的探索及解决这些问题之后，1962年美国J.E.默里第一次进行人体肾移植获得了长期存活，标志着器官移植作为医疗手段成为现实。 但是尽管器官移植手术经过几十年的发展已经十分成熟，但仍然存在着很大的
生物传感器检测限 我做了一个生物传感器没有良好的线性范围怎么确定最低检测限呢？大侠们指导下吧 找出一段线性最好的范围，求出他的斜率，此为敏感度！用三倍的背景电流除以敏感度，即为检测极限～～～关键是你所说的没有良好的线性范围我没怎么明白～～ 就是浓度和信号没有线性关系啊以3倍的空白的标准偏差作为检测限可以吗？我是这么理解的，如果没有线性关系的话，很难保证信号是你的目标物引起的～～～ 这样子啊但是随浓度增高信号是变强的就是没有线性关系郁闷死我了 如果你多次重复实验都是这样的一个结果，而且你也确定你的实验没有问题的话，考虑一下能斯特关系，即信号与浓度的-logC之间可有线性关系，一般情况下，电流与浓度之间应该是线性关系，能斯特关系比较多的出现在开路电位与浓度的关系上。 背景电流应该怎样来求？不是太理解，谢谢！ 我认为这是个好问题，当初自己在看文献的时候也产生过这样的疑问。希望论坛上能讨论更多这些研究细节的问题。线性范围和检测极限都是生物传感器重要的性能参数，对它们进行考察和分析在研究中是不可避免。其实也比较容易理解，如果有例子分析说明就好了。下面的图希望对你有帮助。 线性范围：
检测极限：
回归方程形式：y=a+b*x 请教一下：对于生物传感器，线性范围是否最好能有？是不是有的没有良好的线性范围？这样的话，检测下限就不能算出来了？ 我看到有的用3σ计算检测限，用的是空白值的标准偏差。 谢谢！ 不是所有的生物传感器都能得到线性的回归方程。但酶传感器一般是这样的，是由酶催化反应和电化学测试方法决定的。对于DNA传感器，待测物浓度和电流值通常不成线性关系，也就不能简单地线性拟合。但检测局限都是能确定的。也是根据公式Y-Yb=Sb。 3σ中的σ也即上贴公式中的Sb，就是空白值的标准偏差，通过测n次空白值后得到。只是在具体求值的时候，可以用标准偏差S代替，也有书上讲用回归标准偏差代替。
材料在工程中的应用
21世纪三大支柱产业：材料、能源、信息，很直观的告诉我们材料的重要性。我们每一天都与材料打交道，它如空气般萦绕在我们身边的每一个角落、每一分每一秒。从清晨睁开眼睛时投射入眼底的那束光开始算起，牙刷、毛巾、牙膏……无不是材料这一庞大而复杂家庭的一份子。材料是人类赖以生存和发展的物质基础，20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。这主要是因为材料与国民经济建设和人民生活密切相关。 人类发展的历史证明，材料是社会进步的物质基础，是人类进步程度的主要标志。材料科学与工程是研究材料组成、结构、生产过程、材料性能与使用效能以及它们之间的制备工艺流程与材料性关系。因而把组成与结构、合成与生产过程、性质及使用效能称之为材料科学与工程的四个基本要素。材料的使用效能受环境的影响很大，如受力状态、气氛、介质与温度等。有些材料在一般环境下的性能很好，而在腐蚀介质下性能却下降明显；有的材料在光滑样品时表现很好，而在有缺口的情况下性能大为下降，特别有些高强度材料表现尤为突出，但凡有一个刮痕，就会造成灾害性破坏。因此，环境因素的引入对材料工程十分重要。材、金属学、料科学具有三个属性：一是多学科交叉，它是物理学、化学、冶金学、陶瓷、高分子化学及计算机学相互融合与交叉的结果，如生物医用材料要涉及医学、生物学及现代分子生物学等学科;二是一种与实际使用结合非常密切的科学，发展材料科学的目的在于开发新材料，提高材料的性能和质量，合理使用材料，同时降低材料成本和减少污染等；三是材料科学是一个正在发展中的科学，不像物理学、化学已经有了一个很成熟的体系，材料科学将随各有关学科的发展而得到充实和完善。 生物材料又称生物工艺学或生物技术。应用生物学和工程学的原理，对生物材料、生物所特有的功能，定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术。生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。只有通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品。 医学上通过生物工程可以生产出大量廉价的防治人类疾病的药物，如入胰岛素、干扰素、生长激素、乙型肝炎疫苗等。生物工程在食品、轻工中的应用面也很广。1983年美国用生物工程生产的用于制作饮料的高果糖浆的年产量达600万吨，从而使蔗糖的消耗量减少一半。采用生物工程技术，使育种工作发生了很大变化，如把抗病基因转移到烟草中去，已培育出防止害虫的烟草新品种；把低等生物根瘤菌的固氮基因转移到高等作物的细胞中，使之能自己制造氮肥，也取得了一定成果。目前世界各国对生物工程十分重视，我国也把生物工程列为重点发展的科研项目之一。生物工程学的研究将对人类的生产方式和生活方式产生巨大的影响。 金属材料：人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。种类:金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳 2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金 、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速
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。
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
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
聚四氟乙烯在光学、电子、医学等领域的应用 聚四氟乙烯（英文缩写为Teflon或[PTFE,F4]）,被美誉为/俗称“塑料王”，中文商品名“铁氟龙”、“特氟隆”（teflon)、“特氟龙”、“特富隆”、“泰氟龙”等。它是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性(是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，除熔融金属钠和液氟外，能耐其它一切化学药品，在王水中煮沸也不起变化，广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的)、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力、耐温优异（能在+250℃至-180℃的温度下长期工作）。聚四氟乙烯它本身对人没有毒性，但是在生产过程中使用的原料之一全氟辛酸铵(PFOA)被认为可能具有致癌作用。 温度 -20～250℃（-4～＋482F），允许骤冷骤热，或冷热交替操作。 压力 -0.1～6.4Mpa（全负压至64kgf/cm2）（Full vacuum to 64kgf/cm2）它的产生解决了我国化工、石油、制药等领域的许多问题。聚四氟乙烯密封件、垫圈、垫片. 聚四氟乙烯密封件、垫片、密封垫圈是选用悬浮聚合聚四氟乙烯树脂模塑加工制成。聚四氟乙烯与其他塑料相比具有耐化学腐蚀与的特点，它已被广泛地应用作为密封材料和填充材料。用作工程塑料，可制成聚四氟乙烯管、棒、带、板、薄膜等。一般应用于性能要求较高的耐腐蚀的管道、容器、泵、阀以及制雷达、高频通讯器材、无线电器材等。分散液可用作各种材料的绝缘浸渍液和金属、玻璃、陶器表面的防腐图层等。各种聚四氟圈、聚四氟垫片、聚四氟盘根等广泛用于各类防腐管道法兰密封。此外，也可以用于抽丝，聚四氟乙烯纤维——氟纶（国外商品名为特氟纶）。 目前，各类聚四氟乙烯制品已在化工、机械、电子、电器、军工、航天、环保和桥梁等国民经济领域中起到了举足轻重的作用。聚四氟乙烯(PTFE)使用条件行业化工、石化、炼油、氯碱、制酸、磷肥、制药、农药、化纤、染化、焦化、煤气、有机合成、有色冶炼、钢铁、原子能及高纯产品生产（如离子膜电解），粘稠物料输送与操作，卫生要求高度严格的食品、饮料等加工生产部门。聚四氟乙烯(PTFE)在电子电气方面的应用 PTFE材料固有的低损耗与小介电常数使其可做成漆包线，以用于微型电机、热电偶、控制装置等；PTFE薄膜是制造电容器、无线电绝缘衬垫、绝缘电缆、马达及变压器的理想绝缘材料，也是航空航天等工业电子部件不可缺少的材料之一；利用氟塑料薄膜对氧气透过性大，而对水蒸汽的透过性小的这种选择透过性，可制造氧气传感器；利用氟塑料在高温、高压下发生极向电荷偏离现象的特性，可制造麦克风、扬声器、机器人上的零件等；利用其低折射率的特性，可制造光导纤维。 聚四氟乙烯(PTFE)在医疗医药方面有何作用？ 膨体PTFE材料是纯惰性的，具有非常强的生物适应性，不会引起机体的排斥，对人体无生理副作用，可用任何方法消毒，且具有多微孔结构，从而可用于多种康复解决方案，包括用于软组织再生的人造血管和补片以及用于血管、心脏、普通外科和整形外科的手术缝合。 聚四氟乙烯(PTFE)的防粘性能的应用 PTFE材料具有固体材料中最小的表面张力，不粘附任何物质，同时还具有耐高低温优良的特性，从而使其在诸如制造不粘锅的防粘方面的应用非常广泛。其防粘工艺主要包括两种：把PTFE部件或薄片安装在基体上，以及把PTFE涂层或与玻璃复合的漆布经过热收缩而套在基材上。 随着材料应用技术的不断发展，PTFE材料的三大缺点：冷流性、难焊接性、
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]