生物传感器的基本概念

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生物传感器技术名词解释

生物传感器是由生物敏感元件(Sensing Element)与信号转换器(Transducer)构成的分析装置。生物敏感元

件的作用是识别目标物质，主要包括：抗体、酶、核

酸、细胞等生物物质；也包括一些类似于生物物质的合

成的物质，如适配体(Aptamer)等。

信号转换器将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)。

生物传感器可以按生物敏感元件来分类，主要包

括：抗体、酶、核酸、细胞等生物物质；也包括一些类

似于生物物质的合成的物质，如适配体(Aptamer)、多肽等。

此外，还有根据传感器器件检测的原理分类，可分为：热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物

传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极

生物传感器、介体生物传感器等。

生物传感器的应用非常广泛，包括食品类分析、医学、环境监测等领域。在食品类分析中，生物传感器可以用于检测食品成分、食品添加剂、有害毒物及食品类鲜度等的测量分析。在医学领域，生物传感器发挥着越来越大的作用，如

葡萄糖、乙醉、胆固醇等传感器。此外，生物传感器还可以用于环境监测，如水质监测。

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

1.4 生物传感器组成部分
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(如组织切片、细胞、细胞器、细胞膜、酶、抗体、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(如电位、电流的测量)、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(或光、热等)通过信号转换器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。
1.5 生物传感器优点
(1)根据生物反应的特异性和多样性,理论上可以制成测定所有生物物质的传感器,因而测定范围广泛
(2)一般不需进行样品的预处理,它利用本身具备的优异选择性把样品中被测组分的分离和检测统一为一体，测定时一般不需另加其他试剂,使测定过程简便迅速,容易实现自动分析 (3)体积小、响应快、样品用量少,可以实现连续在位检测
第二代生物传感器,即介体型生物传感器,常用媒介体有铁氰化物、有机染料、醌及其衍生物、导电有机盐类和二茂铁及其衍生物。最近,人们更关注酶与电极之间的直接电子传递研究,并用于构造第三代生物传感器
依据信号转换器的类型,酶传感器大致可分为酶电极(主要包括离子选择电极、气敏电极、氧化还原电极等电化学电极)、酶场效应晶体管传感器(FET-酶)和酶热敏电阻传感器等
2.离子载体—交换法

生物传感器

生物传感器是利用电化学、光学或热学等原理构成对某种或某些特定分子如糖、氨基酸、DNA、激素等有特定响应的检测器，它由对被测物有高选择性的分子识别能力的膜和能把膜上进行的生物化学反应中消耗或生成的化学物质或产生的光、热转变为电信号的换能器所构成。生物传感器并不专指用于生物技术领域的传感器，它的应用领域还包括环境监测、医疗卫生喝食品检验等。

生物传感器是用生物活性材料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。生物传感器克服了过去分析酶法试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点，但是专一性强、分析速度快、准确度高、操作系统比较简单、成本低，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。

21世纪是生命科学的世纪,随着“人类基因组工作草图”的完成、纳米生物技术和纳米微电子加工技术的出现,使得无论在原理上还是加工技术上,都将为生物传感器的发展带来巨大的变革。生物传感器作为一类特殊的化学传感器,它是以生物活性单元作为生物敏感基元,对被测目标物具有高度选择性的检测器。它通过各种物理、化学型信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应,然后,将反应的程度用离散或连续的电信号表达出来,从而得出被测物的浓度。

固定化微生物也越来越多地被用作生物传感器的敏感材料，于

是产生了微物传感器。微生物传感器主要由两部分组成——固定化微生物膜和转换器，将这两部分组合在一起便构成了微生物传感器。微生物传感器与酶传感器相比，价格更便宜、使用时间更长、稳定性更好，微生物传感器是由固定微生物膜及电化学装置组成，微生物膜的固定化法与酶的固定方式相同。微生物的菌株比分离提纯的酶的价格低得多，因而制成的传感器便于推广普及。微生物细胞内的酶在适当环境下活性不易降低，因此微生物传感器的寿命更长。即使微生物体内的酶的催化活性已经丧失，也还可以因细胞的增殖使之再生。对于需要辅助因子的复杂的连续反应，用微生物则更易于完成。根据测量信号分类根据微生物传感器输出信号的不同，微生物电极可分为电流型和电位型两类。电流型微生物传感器电流型微生物传感器工作时，经其中转换器件转换后，输出电流信号。电流型传感器常用的转换器件有氧电极，过氧化氢电极及燃料电池型电极等。其中应用最多的是氧电极，许多微生物传感器是利用微生物体内的酶，有不少酶特别是各种氧化酶在催化底物反应时要用溶解氧为辅助试剂，反应中所消耗的氧量就用氧电极来测定。电流型传感器与电位型传感器相比与许多优点：传感器的输出信号直接和被测物的浓度呈线性关系，不像电位型传感器那样和被测物浓度的对数呈线性关系;.传感器输出值的读数误差所对应的浓度相对误差比电位型传感器小;.传感器的灵敏度比电位型传感器高。电位型微生物传感器工作时，经其中的转换器件转换后输出的信号是电位。

生物传感器

《传感器》论文

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2015年12月

生物传感器

一、生物传感器的介绍：

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。新型生物传感器有微生物传感器、免疫传感器及细胞器传感器、酶传感器、DNA传感器等。

二、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。

三、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，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。在产控制中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得率的方向。

四、生物传感器的种类：

按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等。（2）按照传感器器件检测的原理分类，可分为：热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物

什么是生物传感器

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。

生物传感器名词解释

生物传感器是一种能够检测和响应生物体内外部环境中的生物分子或生物活性物质的仪器设备。其基本原理是通过蛋白质、核酸或其它分子引起的生物化学反应，转化成可测量的电信号、光信号或质谱信号等，从而实现对生物活性分子的检测、分析和定量等功能。生物传感器具有高灵敏度、高精度、快速响应和可重复性等特点，广泛应用于医学、生命科学、食品安全、环境监测和工业生产等领域。常见的生物传感器有酶传感器、抗体传感器、核酸传感器等。

生物传感器

瘦肉精检测卡
深圳冠亚SFY-30注水肉快速水分测定仪
禽蛋新鲜度检测仪
牛奶检测仪
4.2 食品成分分析
• 蛋白质和氨基酸检测
• 有机酸和醇类物质检测例如乳酸、醋酸、乙醇、甲醇等。
乳酸-葡萄糖双功能分析仪
• 糖含量的检测
例如果汁、果酱、水果等含糖食品中葡萄糖含量。
Leabharlann Baidu牛奶成分检测仪
4.2 食品成分分析
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传感器的开发利用——生活更美好！
Thank you!
4.1 食品品质检测
A
4.2 食品成分分析
B
食品工业中应用
4.3 食品安全检测
C
4.1 食品品质检测
食品鲜度以及微生物和生物毒素传感器
鸡蛋提醒器
Egg Minder
台湾生物电子鼻，诊断无尿毒症及肝功能疾病。
宾夕法尼亚大学利用电子鼻来诊断疾病
食品安全检测仪
能快速检测出各种食品中农残、甲醛、吊白块、二氧化硫、亚硝酸盐等50余种有毒有害物质含量。
5 质量变化生物敏感膜上的生物分子与待测物质结合，造成换能
器表面质量负载的增加。据此设计质量生物传感器。如压电石英晶体微天平。
3 、生物传感器的分类
按分子识别元件分类和按换能器类型分类：
分子识别元件分类法

生物电子学中的生物传感器

随着科学技术的发展，生物电子学作为一种新兴的交叉学科，

正在迅速崛起。在生物电子学的领域中，生物传感器起着至关重

要的作用。那么，什么是生物传感器呢？生物传感器是通过技术

手段将生物反应转换为电信号的设备，能够实现对人体或环境中

的某一生物分子、细胞、器官或整个生物系统等进行检测与监测，是生物电子学领域中的重要组成部分。

1. 生物传感器的种类

生物传感器一般分为光学传感器、电化学传感器、压力传感器、磁性传感器、导感传感器等几种类型。在这些传感器中，光学传

感器和电化学传感器应用最为广泛。其中，光学传感器可以通过

荧光或吸收谱对特定分子进行检测，而电化学传感器则可以通过

电子传递以及电极反应来测量分子的浓度。

2. 生物传感器的应用

生物传感器的应用范围非常广泛，主要应用于医疗、食品安全、环境监测等方面。在医疗方面，生物传感器可以用于疾病的诊断

与治疗，例如血糖传感器可以用于对糖尿病的监测和治疗。而在食品安全领域，生物传感器可以用于检测食品中的有害物质、残留农药等。

此外，生物传感器也可以用于环境监测，例如通过检测空气中的细菌、污染物等，可以实现对环境的监测与控制。同时，在生物电子学领域中，生物传感器还可以用于制造智能假肢等设备。

3. 生物传感器的发展趋势

在生物电子学领域中，生物传感器的研究仍处于快速发展的阶段。目前，随着纳米技术的不断发展，生物传感器的灵敏度、选择性、速度和存活性等方面得到了很大的提高和改善。而随着生物传感器的不断革新与发展，其研究方向也从传统的生物分子测量扩展到了细胞、组织、器官等生物体的功能性检测，促进了生物医学领域的发展。

生物传感器技术及其应用

生物传感器技术作为一种新兴的生物医学工程技术，在生态环境监测、食品安全检测、临床诊断和基因工程等领域有着广泛的应用前景。本文将从生物传感器的原理、分类以及应用领域等方面进行介绍。

一、生物传感器技术概述

生物传感器是一种可以将生物学体系与物理化学传感技术相结合的

系统，通过对生物分子的识别和检测，实现对生物样本中的特定物质

的快速、高灵敏度的检测。其主要原理为通过生物分子与传感器表面

的特异性结合，产生信号的转化，进而实现定量或定性的检测。

生物传感器可以分为生物材料传感器和生物元件传感器两类。前者

是利用整个生物元件，如细胞、组织和细菌等作为传感元件；后者则

是通过提取生物分子，将其与传感器表面结合，以产生信号的转化。

二、生物传感器的分类

根据生物传感器的测量原理和检测目标的不同，生物传感器可以分

为多种类型，其中常见的有光学传感器、电化学传感器、生物晶体传

感器和磁性传感器等。

光学传感器是利用物质与光粒子的相互作用，通过测量光的散射、

吸收、发射或折射等现象，来对所检测物质的性质和浓度进行判断。

电化学传感器是利用电化学原理，通过测量电位、电流或电荷等参数

的变化来确定所检测物质的浓度和性质。

生物晶体传感器是将所检测生物分子与晶体表面发生结合反应，通

过测量晶体的质量、厚度或频率的变化来判断所检测物质的性质。磁

性传感器则是利用物质在磁场中的磁学性质的变化来检测目标物质。

三、生物传感器的应用领域

1. 环境监测

生物传感器技术在环境监测领域具有广泛的应用前景。例如，通过

对生物传感器的使用可以实现对水质中有害物质的快速检测，如重金

生物传感器

化学发光免疫分析 (chemiluminescence immunoassay,CLIA)是化学发光与免疫分析结合的方法，它将具有高灵敏度的化学发光测定技术与高特异性的免疫反应相结合的检测分析技术。
a.直接化学发光法
b.化学发光酶免疫分析 HRP－鲁米诺体系
ALP-1，2-二氧环乙烷体系
核酸酶（DNAzyme）
适体酶
获得方式（指数富集的配体系统进化技术 (SELEX) ）
核酸酶
适配体
2.4.1 DNAzyme
人工合成的寡核苷酸片段，具有催化性质
Cu2+ Pb2+ UO22+ Mg2+ Zn2+
2.4.2 Aptamer
• 适配体是能高亲和性结合靶标分子的20-50 bp寡核苷酸。
电极清洗
探针固定
目标物的检测
电化学在线活体检测
3.2 光学生物传感器
3.2.1 比色生物传感器
波长 /nm
400~430
430~480
480~500 500~560 560~590 590~620 620~760
颜色 violet Blue（蓝） Blue(青) Green Yellow Orange Red
• 高灵敏，pg/mL或pmol； • 特异性强； • 响应范围宽，有7个数量级； • 试剂灵敏度高，稳定性好，无毒，无污染，可长期保存； • 操作简单，耗时短

生物传感器

(二)
表2
生物学反应信息和转换器的选择
生物学反应信息
转换器的选择
离子变化
质子变化热效应
电流型或电信型ISE,阻抗计
ISE,场效应晶体管热敏元件
光效应
质量变化色效应电荷密度变化溶液密度变化气体分压变化
光纤、光敏管、荧光计
压电晶体光纤、光敏管阻抗计,导纳,场效应晶体管表面等离子体共振气敏电极,场效应晶体管

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．分子识别元件是由一种敏感物质即分子识别材料,经固定化后构成的生物传感器敏感元件。是生物传感器的核心元件。

(3)
三、生物传感器的生物放大原理 1．生物放大：是一种在体外利用或是模拟生物体内具有放大信号功能的生物反应现象和机理,来实现分析方法中的信号放大。 2．生物放大方法：（1）酶催化放大酶是高效专一的催化剂,可于短时间内转化大量底物。将酶作为标记物,检测大量的产物或底物的消耗可放大地定量少量的酶（酶活力）,放大原理如下：这种放大的缺点是探针上能结合的酶量有限,导致灵敏度受限。

生物传感器

分子识别元件酶膜全细胞膜组织膜细胞器膜免疫功能膜
生物活性单元各种酶类细菌、真菌、动植物细胞动植物组织切片线粒体、叶绿体抗体、抗原、酶标抗原等
第11章生物传感器
生物敏感膜按其分子识别机理可分为两种不同类型：
✓基于生物催化反应的生物敏感膜基于敏感膜中的特定酶在接触生物物质或有机物质后催化
双功能试剂具有两个功能基团，能与蛋白质发生共价交联，其中戊二醛最为常用。
特点：广泛用于酶膜和免疫分子膜制备，操作简单，结合牢固；
但固定化时需严格控制pH，交联剂浓度也要小心调整，并且酶分子不可避免地会部分失活。
第11章生物传感器
五、酶传感器
1.酶的性质
酶是生物体内具有催化作用的活性蛋白质，具有特异的催化功能。它参加新陈代谢过程中的所有生化反应，维持生命的代谢活动。
✓ 包埋法：采用凝胶/聚合物，将酶分子或细胞包埋并固定在高分子聚合物的空间网状结构中。
特点：一般不产生化学修饰，对生物分子活性影响较小；膜的孔径和几何形状可任意控制；被包埋物不易渗漏，稳定性好；
但是分子量大的底物在凝胶网格内扩散困难，响应速度慢，不适合大分子的测定。
第11章生物传感器
✓共价连接法：使生物活性分子通过共价键与不溶性载体结合而固定。
其反应，从而产生某些化学产物，其中一种产物可由传感元件所感知。 ✓基于生物吸附的生物敏感膜

生物传感器

课题：生物传感器专业：应用电子班级：201003班讲师：秦则勋
生物传感器
1．生物传感器的定义
用生物功能物质（固定化的生物体成分：如酶、抗原、抗体、激素等，或生物体本身：细胞、细胞体、动植物组织）作为敏感元件的传感器，称为分子生物传感器，简称生物传感器（Biosensor）。
2．生物传感器的基本结构
（4）生物组织电极传感器
这类传感器主要利用生物组织中的酶与被分析物产生复杂的系列反应，使氨基酸和其他重要的生物分子产生响应。如用得蕉浆测多巴胺，用玉米测丙酮酸，用黄瓜叶测半光氨酸，用甜菜测酷氨酸，用兔肝测鸟嘌呤，用兔肌肉粉测一磷酸腺苷等。这类传感器的主要优点是原料易取得，灵敏度也很高，但生物组织的成分很复杂，可能有负反应干扰以及反应慢、不易保存和使用寿命短等缺点。
•
由于它们的几何配置不同，分为密接型和反应器型两大类。密接型是把生物体物质直接固定化在热敏电阻上，或将固定化物质膜装在热敏电阻上；反应器型可分为柱式型和管式型两种，而柱式型又可分为热敏电阻埋入型和热敏电阻与柱分开的分离型；管式型是在毛细管内壁上固定化生物体物质，但能在毛细管内壁固定化的生物体物质比较少，管式型酶热敏电阻传感器具有压耗小，不易受非特异性吸附物影响的特点，但易受液体速度的影响。因此，管式型酶热敏电阻传感器适合作含有大量悬浮粒子的培养液的分析。这类生物传感器的测量原理是：由于大多数酶反应是放热性的，采用识别元件的催化作用或因构造和物性的变化，将引起热焓变化（通常热焓的变化范围在5～100kJ/mol），因此反应中产生的总热量与克分子的热焓成正比。借助于热敏电阻可将其转换为电信号输出。这样热敏电阻检测出的温度变化与反应混合物中热焓的总变化是有关系的。

生物传感器

分类
– 根据输出信号产生的方式生物亲和型、代谢型、催化型 – 根据生物分子识别元件上的敏感物质酶传感器、组织传感器、微生物传感器、免疫传感器、基因传感器等 – 根据信号转化器电化学生物传感器、半导体生物传感器等 – 其他分类被测对象、大小、功能
生物传感器组成部分
• 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(如组织切片、细胞、细胞器、细胞膜、酶、抗体、核酸、有机物分子等);
在食品分析的应用
• 食品成分分析
• 食品添加剂的分析 • 农药和抗生素残留量分析 • 微生物和生物毒素的检验 • 食品鲜度的检测
在环境监测中的应用
•水质分析：一个典型应用是测定生化需氧量（BOD），传统方法测BOD需5天，且操作复杂。 1977年Karube等首次报道了BOD微生物传感器，只需15分钟即能测出结果,连续使用寿命达17天；
•废气或环境大气的监测：可用于测定空气中SO2、 NOX、CO2、NH3、CH4等的含量； •农药和抗生素残留量的分析：用乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶为敏感材料制作的离子敏场效应晶体管酶传感器可用于蔬菜等样品中有机磷农药 DDVP和伏杀磷等的测定
在生物医学上的应用
•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，帮助人们了解单克隆抗体特性，有目的地筛选各种具有最佳应用潜力的单克隆抗体。

生物传感器概述

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。