生物传感器技术及其应用

在军事领域中的应用
生物战剂将是对国家安全造成严重威胁的高科技 武器，其危险性仅次于核武器。所以，未来世界各 国国防的重点将会侧重于研究简捷、迅速、便于野 外作业的生物传感器，用于监测生物战剂。因此在 军事上有着更为宽广的应用前景。 • clare J Taylor等 研发了两种受体生物传感器： 烟碱乙酰胆碱受体生物传感器和某种麻醉剂受体生 物传感器，在10s内，二者皆可侦检浓度级为10-9的 生物战剂(流感病毒、黄热病毒、炭疽杆菌等)。在海 湾战争中，美国海军成功使用DNA探针生物传感器 检生物战剂。 •
生物传感器技术及其应用
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生物传感器技术简介 生物传感器基本分类及原理 生物传感器技术的应用 前景
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随着生物技术的发展，生物检测技术广 泛的应用到食品，环境，医学各个领域，如 生物酶技术，PCR技术，生物传感器技术， 生物芯片技术等，本文重点介绍生物传感器 技术及其在各领域的应用。
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前景
• 生物传感器是多学科综合交叉的一门技术，主要 的发展趋势是微型化、多功能化、智能化和集成化。 研发具有识别功能的换能器，成为开发新型分析仪 器和分析方法的核心技术，使之具备低成本、高寿 命、高稳定性和高灵敏性等特点，逐步市场化和商 品化。21世纪将是生物经济时代。而生物传感器则 作为生物技术支撑及关键设备之一，也必然会得到 极大的发展， 应用到各个领域。
生物感应器技术简介
生物传感器起源于20世纪中期，1962年，Clark 和Lyons首次把嫁接酶法和离子敏感氧电极技术结合， 研制了测定葡萄糖含量的酶电极，开创了生物传感器研 究的先河。7O年代中期开始，生物传感器不再局限于生 物反应的电化学过程，而是根据生物学反应中产生的各 种信息(如热效应、光效应、场效应和质量变化等)来设 计各种精密的探测装置。9O年代后生物传感器的市场开 发获得显著成绩，以表面等离子体和生物芯片为代表的 生物亲和传感器技术成为生物传感器发展的又一高潮。 经过30多年的不断发展，生物传感器技术现已广泛应用 在环境监测、食品分析、医疗保健、医药和军事医学等 方面。
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生物传感器的分类及原理
• 分类 • 根据传感器输出信号的产生方式：亲和型生物传感器、 代谢型生物传感器、催化型生物传感器。 • 根据生物传感器中信号检测器（分子识别元件）上的 敏感物质分类：生物传感器可分酶传感器、微生物传 感器、组织传感器、细胞及细胞器传感器、基因传感 器、免疫传感器等。 • 根据生物传感器的信号转换器分类：电化学生物传感 器、半导体生物传感器、热学型生物传感器、光学型 生物传感器、声学型生物传感器等。 • 根据检测对象的多少：以单一化学物质为检测对象的 单功能型生物传感器和同时检测微量多种化学物质的 多功能型生物传感器。 • 根据生物传感器的用途：免疫传感器、药物传感器等。
生物识别元件或称生物敏感膜(biosensitive me mbrane)或生物功能膜(biofunction membrane)， 是生物传感器的核心器件，其分子识别能力决定生 物传感器的选择性和灵敏度，直接影响传感器的性 能和质量。生物膜中固定的生物活性材料可以是酶、 核酸、抗原和抗体、细胞及生物组织或它们的组合， 随着相关技术的发展还引入了高分子聚合物模拟酶 及人工合成的受体等，使生物识别元件的概念进一 步延伸。 • 换能器的作用则是将生物或化学反应过程中产 生的各种信息转变成可方便测量的信号，反应的信 息是多元化的，包括各种生物、化学和物理信息， 现代电子学、微电子学及传感技术的成果为检测这 些信息提供了丰富的手段。 •
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在医学领域中的应用
• 生物传感技术因为专一、灵敏、响应快等特点 • 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，具有广泛的应用前景。 • zeng等将白血病单克隆抗体通过纳米金一蛋白A (Gold NanopaIticle—labeled Protein A)固定在晶 体表面，研制出临床检测急性白血病的石英晶体微 天平免疫传感器，传感器为2×2型探针，经过技术 改进的传感器能在5min内迅速检测出白血病样品， 并可以动态地监测免疫反应过程。 •
在环境检测中的应用
• 生物传感器能对污染物进行连续、快速、实时 • 监测。 • Timur等，以恶臭假单细胞菌——DSM50026 细胞作为敏感元件研究出的测酚生物传感器，其工 作原理为：假单细胞菌催化氧化酚，最终生成CO2 和H2 O。在此过程中的电子转移通过锇络合物传递 给电极，从而根据电流变化检测环境中酚的浓度。 •
基本原理
生物传感器以生物活性材料(如酶、抗体、核酸、 细胞等)作为敏感元件。 • 生物传感器由生物识别元件(biore—ceptor)和换 能器(transducer)两个部分组成。待测样品中被分 析物经扩散进入固定化生物功能膜层，通过固定化 生物功能分子对待测分子的识别作用发生生物或化 学反应，引起某些物理量或化学量的变化，这些信 息的变化经物理、化学及其它换能器转变成可定量 和可处理的信号，并经信号放大器放大后输出，从 而得出待测物的分析量。 •
化学物质 力 热 光
声 被 测 对 象 生物敏 感膜 （分子 识别感 受器） 物理、化学反应 换 能 器 电 信 号
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生物传感在线分析系统
主机 发酵罐 计算机
在食品安全Biblioteka Baidu的应用
可用于食品成分、食品添加剂、有害毒物及食品鲜 度等的测定分析。 • Rasooly等的用抗体作为检测器做成丁一个实时生 物传感器，用于检测牛奶、热狗等食品的葡萄糖球菌 肠毒素，灵敏度可达10—100ng／g，而且检测过程不 超过4min。 • 陶涛等 研制了一种检测蝮蛇毒的压电免传感器， 用巯基丙酸在镀银电极石英晶体表面自组装巯基丙酸 单分子膜，偶联抗蝮蛇毒球蛋白构建传感器探头，组 成的检测器对蝮蛇毒响应良好。传感器最低检测浓度 为0.1 μg ／mL，检测限范围为O.1—5.0 μg ／mL。 • Vo1pe等 以氧化酶为生物敏感材料，结合过氧化 氢电极制备出的生物传感器，可通过测定鱼降解过程 中产生的代谢物如：一磷酸肌苷(IMP)、次黄嘌呤(HX)、 和肌苷(HXR)的浓度来评测鱼的新鲜度。