生物敏感材料与生物传感器
生物传感器技术的原理和应用
生物传感器技术的原理和应用生物传感器技术是一种利用生物材料作为感测元件的传感器技术，拥有灵敏度高、选择性好、反应速度快等优点。
这种技术已经在生物医学、环境监测、食品安全等领域得到了广泛应用。
一、生物传感器技术的原理生物传感器是通过生物体对特定分子的敏感性来实现物质检测的一种传感器。
它将生物识别和电信号转换结合在一起，通过生物反应来测量生物体系的化学变化，从而实现对分子的检测。
生物传感器由生物分子、电子元件和信号转换部分构成。
1.生物分子生物分子是生物传感器中最核心的部分，主要包括抗体、酶和核酸等。
这些生物分子能够在适当的条件下与特定的物质结合，并发生一系列可检测的化学反应。
例如，酶可以作为生物传感器的感测元素之一，它可以检测到特定的底物并产生相应的电信号变化。
因为生物体系对所要检测的物质具有高度的选择性和灵敏度，所以生物分子能够作为高效、高灵敏的感测元素。
2.电子元件电子元件是探测生物反应所产生的信号的部分，主要有电极、传感器等。
电极是被固定在导电体表面的电荷的传递路径，其主要作用是将生物体系中发生的电化学反应转换为电信号，并传输到电子采集和信号处理系统中。
传感器是一种将生物体系与电子元件相结合的设备，通过改变电荷状态来反映所要检测的物质浓度。
3.信号转换部分信号转换部分是将反应信号与输出信号相匹配的系统。
一般来说，输出信号是电信号。
信号转换系统包括所有可以将生物反应信号转换为电信号的部分：从信号放大到信号增强、滤波、数字化以及相关的处理。
目的是使输出信号具有更准确、更敏感和更高的分辨能力。
二、生物传感器技术的应用生物传感器技术已经在医疗诊断、环保和食品安全等领域得到广泛应用。
下面介绍一些生物传感器的应用实例。
1.医疗诊断生物传感器能够检测多种疾病所产生的生物标志物，如糖尿病的血糖检测、肝炎的抗体检测等。
针对这些疾病，生物传感器提供了更加便捷、精确、无痛的检测方法，有助于加快疾病的早期发现和治疗，提高治疗效果。
敏感材料与传感器
敏感材料与传感器敏感材料与传感器在现代科技领域中扮演着至关重要的角色。
敏感材料是一种能够对外界环境变化做出敏感反应的材料，而传感器则是通过对敏感材料的利用，将外界的信息转换为可感知的电信号或其他形式的信号输出，从而实现对外界环境的监测和控制。
本文将探讨敏感材料与传感器在各个领域中的应用，以及它们的发展趋势。
首先，敏感材料与传感器在医疗领域中发挥着重要作用。
例如，生物传感器利用生物敏感材料对生物分子的特异性识别，可以实现对体内生理指标的实时监测，为医生提供了重要的诊断依据。
另外，医用敏感材料的应用也在医疗器械制造和药物传递系统中发挥着重要作用，如可溶性缓释材料和生物可降解材料等，为医疗器械的研发和生产提供了新的可能性。
其次，在环境监测领域，敏感材料与传感器也扮演着不可或缺的角色。
例如，针对大气污染物的监测，利用敏感材料和传感器可以实现对空气中有害气体浓度的实时监测，为环境保护部门提供了重要的数据支持。
此外，水质传感器也可以利用敏感材料对水中各种有害物质进行监测，为水质治理提供了技术支持。
在工业生产领域，敏感材料与传感器也发挥着不可替代的作用。
例如，在智能制造领域，利用敏感材料和传感器可以实现对生产过程的实时监测和控制，提高生产效率和产品质量。
另外，在材料研发和测试领域，敏感材料和传感器也可以实现对材料性能的精确测试和数据采集，为新材料的研发提供了技术支持。
最后，敏感材料与传感器的发展趋势主要体现在以下几个方面。
一是多功能化和智能化，即敏感材料和传感器不仅能够实现单一参数的监测，还可以实现多参数的综合监测，并且具有自适应和自修复的功能。
二是微型化和集成化，即敏感材料和传感器的体积和功耗将进一步减小，可以实现对微小环境的监测和控制。
三是网络化和互联化，即敏感材料和传感器可以实现远程监测和控制，为智能城市和智能制造提供技术支持。
综上所述，敏感材料与传感器在各个领域中发挥着重要作用，并且具有广阔的发展前景。
生物传感器的原理及其应用
生物传感器的原理及其应用随着科技的不断发展，越来越多的新型技术得到了广泛的关注和应用。
其中，生物传感器就是一种备受瞩目的领域。
生物传感器是将生物分子、细胞、组织等生物材料作为信号转换器，通过转化生物特定的分子识别事件为电、光、声、热等可测量信号的一种装置。
生物传感器的原理非常简单，但是其应用领域却异常广泛。
下面我们来详细了解一下生物传感器的原理及其应用。
一、生物传感器的原理生物传感器是一种将生物分子、细胞、组织等生物材料作为信号转换器的研究装置。
利用生物分子与分析物的特异性反应，转换生物中指定的分子识别事件为可测量的信号（光、电、声、热等），从而实现对分析物的监测和分析。
通常情况下，生物传感器包括生物感受材料、转换装置和信号处理装置。
生物感受材料是生物传感器的关键部分，其主要功能是充当生物分子与分析物特异性反应的膜片或支架，进行特异性识别和结合。
转换装置则将特异性结合事件转换为电、光、声和热等信号进行检测，从而确定被检测分子的浓度。
信号处理装置则负责对检测到的信号进行放大、滤波、处理及数据分析，输出正确、准确、稳定的信息。
二、生物传感器的应用生物传感器具有高灵敏度、高选择性、实时检测、非破坏性、无污染等优点，可以广泛应用于医学、环境、食品、生命科学等领域。
1.医学应用生物传感器在医疗领域的应用非常广泛。
例如，可以用于肿瘤标志物的检测，通常采用单克隆抗体对肿瘤标志物进行检测，具有较高的灵敏性和准确性，并且可以实现快速和便捷的检测。
另外，生物传感器还可用于检测葡萄糖水平，这对糖尿病患者来说非常重要。
2.环境应用生物传感器在环境监测中也有广泛的应用。
例如，污染物的检测，通过监测大气中的有毒气体和微量元素来判断空气质量，这对保护人们的健康非常重要。
此外，生物传感器还可用于检测土壤和水体中的有害物质。
3.食品应用生物传感器可以广泛应用于食品质量检测中。
例如，可以用于检测食品中的致病微生物和其它有害物质。
这对保证食品的安全非常重要。
生物传感器概述及应用
膜或电极电荷状态的变化
膜电位法、电极电位法
质量变化
压电元件法
阻抗变化
电导率法
热变化（热效应）
热敏电阻法
光谱特性变化（光效应）
光纤和光电倍增管
将识别元件上进行的生化反应中消耗或生成的化学物质，或产生的光或热等转换为可用信号，并呈现一定的比例关系。
感受器是生物传感器的心脏。制备分两方面工作，一是选择最佳载体材料（需活化）；二是在载体表面固定化亲和配基（非共价和共价） 换能器感知固定化配基与待测物结合产生的微小变化，其质量好坏决定了传感器的灵敏度。
酶具有识别特定分子的能力
1962年，
酶与电极结合起来测定酶的底物
固定化葡萄糖氧化酶（GOD）＋氧电极
葡萄糖电极
196
1956, L.C. Clark : oxygen electrode 1962, L.C. Clark : biosensor concept (electrochemical sensor + enzyme transducers as membrane = enzyme electrode)
oxygen electrode enzyme electrode
酶 辅酶 维生素 抗原 抗体
生物功能膜（酶、微生物、细胞器、组织、细胞、抗原、抗体）
待测物质
扩散作用
固定化生物敏感膜层
分子识别
生物学反应
电信号
换能器
生物传感器的分子识别元件
分子识别元件
生物活性单元
酶膜
各种酶类
微生物传感器可用于测量发酵工业中的原材料和代谢产物。还用于微生物细胞数目的测定。利用这种电化学微生物细胞数传感器可以实现菌体浓度连续、在线的测定。
微型生物传感器设计
▪ 生物识别元件选择
1.生物分子选择：选择具有高特异性、高亲和力的生物分子作 为识别元件，提高传感器的选择性。 2.生物分子固定化：采用适当的固定化方法，保持生物分子的 活性和稳定性，延长传感器使用寿命。 3.生物兼容性：选择生物兼容性好的材料和制作工艺，减少生 物分子在传感器表面的非特异性吸附。
设计与优化考虑
▪ 传感器件表面的生物兼容性设计
1.选择生物兼容性良好的材料制造传感器件，降低非特异性吸 附和生物污染的影响。 2.通过表面改性和功能化设计，提高传感器件表面的生物活性 ，促进生物分子识别元素的固定化和与目标分析物的结合。
微型生物传感器原理
▪ 微型化与集成化技术的发展
1.采用微型化技术制造传感器件，减小传感器尺寸，提高空间 利用率和便携性。 2.通过集成化技术将多个功能单元整合在一起，构建微型生物 传感器系统，提高传感器的整体性能和可靠性。
▪ 信号放大技术
1.信号放大技术用于增强生物传感器中的微弱信号，提高信噪 比。 2.常见的信号放大技术包括酶催化放大、核酸扩增等。 3.在选择信号放大技术时，需要考虑其与信号转换技术的兼容 性以及放大效率。
信号转换与处理
▪ 信号处理算法
1.信号处理算法用于对生物传感器输出的信号进行数据处理和分析，提取有用信息 。 2.常用的信号处理算法包括滤波、拟合、回归分析等。 3.随着人工智能和机器学习技术的发展，智能信号处理算Байду номын сангаас在生物传感器数据处理 中的应用越来越广泛。
生物传感器概述
▪ 生物传感器的应用领域
1.生物传感器在医疗诊断、环境监测、食品安全等领域有广泛应用。 2.在医疗诊断领域，生物传感器可用于检测各种疾病标志物，实现快速、准确的诊断。 3.在环境监测领域，生物传感器可用于检测大气、水体中的污染物，评估环境质量。
生物传感器的原理和应用
知抗体的附量。
免疫传感器的结构
3室注入含 有抗体的 盐水
抗体与固 定化抗原 膜上的抗 原相结合
膜表面吸 附抗体
膜带电状 态变化 1、2室 内的电极 产生电位 差
微生物电极传感器
• 将微生物(常用的主要是细菌和酵母菌)作为敏感 材料固定在电极表面构成的电化学生物传感器称 为微生物电极传感器。 • 其工作原理大致可分为三种类型:
热生物传感器
酶传感器
酶传感器的类型
热 光 测 定 物 质 热敏电阻传感器 光纤传感器
H正离子 透气膜 氧气 过氧化氢 氨气 二氧化碳 酶膜
电位（电极） 电流（场效应管）
铂阴电极 铂阳电极
电流测量 电极 电位测量
氢正离子敏感膜
应用举例：葡萄糖传感器
工作原理
葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ）
葡萄糖+H2O＋Ｏ２――――――→葡萄糖酸＋Ｈ２Ｏ２
杂交检测技术 • 电化学检测DNA 可以分为直接检测和间接检测。 • 直接检测的依据在于DNA 与某些电极表面的直接电子转移 是可能的,而且DNA 的一些组分包括碱基和核糖在一定电 势窗口下也是有电化学活性的。 • 间接检测则是通过一些氧化还原媒介来实现电子传递,借 助于这些与DNA 选择性结合的有电化学活性的指示剂来进 行杂交检测。
•
生物传感器的分类
• a.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； • b. 根据生物传感器的信号转化器可分为电化学生物传感 器、半导体生物传感器、热生物传感器、光生物传感器、 压电型生物传感器等。 电化学生物传感器又可分为安培型和电位型两种。
生物传感器特点及应用领域
生物传感器特点及应用领域生物传感器是一种利用生物体系与生物分子之间相互作用的传感器。
它利用生物分子的识别能力和可选择性与传感器部件相结合，可以用于检测和分析生物体内或周围的化学和生物分子，具有高灵敏度、高选择性、实时监测等特点。
以下是生物传感器的特点及应用领域。
特点：1. 高灵敏度：生物传感器利用生物分子的识别和反应能力进行检测，可以实现非常低浓度的分析，具有高灵敏度。
2. 高选择性：生物传感器能够根据生物分子的特异性识别产生相应的信号，具有高选择性。
3. 实时监测：生物传感器能够在实时监测下进行分析，可以对瞬态信号和事件进行快速响应。
4. 高度集成化：生物传感器可以与传感器部件相结合，实现小型化、微型化和集成化。
应用领域：1. 生命科学研究：生物传感器可以用于生物分子的检测和分析，用于研究生物体内的化学过程、代谢物质等，推动生物科学的发展。
2. 医学诊断：生物传感器可以用于检测和分析生物体内的生物分子，如蛋白质、DNA等，用于疾病的早期诊断、疗效监测等。
3. 环境监测：生物传感器可以用于检测和分析环境中的污染物、有害物质等，用于环境保护和治理。
4. 食品安全：生物传感器可以用于检测和分析食品中的有害物质、添加剂等，用于保障食品安全。
5. 农业领域：生物传感器可以用于检测和分析农作物生长过程中的营养状态、病虫害等，用于农业生产的改进和优化。
6. 安全检测：生物传感器可以用于检测和分析爆炸物、毒剂等危险物质，用于安全检测和防护。
总结起来，生物传感器具有高灵敏度、高选择性、实时监测等特点，适用于生命科学研究、医学诊断、环境监测、食品安全、农业领域、安全检测等多个应用领域。
随着生物科学和纳米科技的发展，生物传感器的应用将会越来越广泛，为科学研究和社会发展做出更加重要的贡献。
生物传感器
⑵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。
⑶分析速度快，可以在一分钟得到结果。
⑷准确度高，一般相对误差可以达到1%
⑸操作系统比较简单，容易实现自动分析
⑹成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币。
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。已有相当部分的生物传感器应用于环境监测中。
⑴水环境监测
生化需氧量(BOD）是一种广泛采用的表征有机污染程度的综合性指标。在水体监测和污水处理厂的运行控制 中，生化需氧量也是最常用、最重要的指标之一。常规的BOD测定需要5d的培养期，而且操作复杂，重复性差， 耗时耗力，干扰性大，不适合现场监测。SiyaWakin等人利用一种毛孢子菌(Trichosporoncutaneum）和芽孢杆 菌(Bacilluslicheniformis）制作一种微生物BOD传感器。该BOD生物传感器能同时精确测量葡萄糖和谷氨酸的 浓度。测量范围为0.5～40mg/L，灵敏度为5.84nA/mgL。该生物传感器稳定性好，在58次实验中，标准偏差仅为 0.0362。所需反应时间为5～lOmin。
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。
生物传感器⑴食品成分分析在食品工业中，葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和贮藏寿命的一个重要指标。已 开发的酶电极型生物传感器可用来分析白酒、苹果汁、果酱和蜂蜜中的葡萄糖。其它糖类，如果糖，啤酒、麦芽 汁中的麦芽糖，也有成熟的测定传感器。
DNA传感器是生物传感器中报道最多的一种，用于临床疾病诊断是DNA传感器的最大优势，它可以帮助医生从 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，有助于对疾病的及时诊断和治疗。此外，进 行药物检测也是DNA传感器的一大亮点。Brabec等人利用DNA传感器研究了常用铂类抗癌药物的作用机理并测定了 血液中该类药物的浓度。
生物技术中的生物传感器研究
生物技术中的生物传感器研究生物技术是一门重要的交叉性科学，它将生物学、化学、物理学等多个学科的研究内容相互融合，探索并发掘了很多与生物相关的新型材料、新型技术和新型工具。
生物传感器是生物技术在科技领域中的一个典型代表，它是一种能够实时、高效、高精度检测生物分子、生物活性物质和环境化学物质等相关信息的新型生物技术设备。
1. 生物传感器的概述生物传感器是基于生物分子的稳定和特异性结合作用原理，通过信号变换器将生物分子的化学信号转化成可检测的电、光、热等物理信号，实现对目标生物分子的定量和定性分析的新型生物技术设备。
它的反应灵敏度高、检测范围宽、检测速度快、无需标记等众多优点，促进了生命科学、环境科学、材料科学、食品安全等多个领域的研究，逐渐成为一种重要的前沿科技。
2. 生物传感器的分类生物传感器可以根据其受体的不同选择、固定或悬浮式，并且可以根据底物的不同选择直接输送、间接输送或反向输送等模式进行分类，主要包括光学传感器、电化学传感器、生物质谱传感器和机械与磁力传感器四种类型。
2.1 光学传感器光学传感器是一种利用光学原理细胞图像识别系统，利用精密光学装置检测光的强度、波长、频率等特征，通过反射、散射、吸收等方式实现对生物分子的检测研究。
2.2 电化学传感器电化学传感器是一种利用电化学原理，更加高效灵敏的检测生物分子的新型生物传感器。
他基于电化学与分子识别的效应，采用电极材料作为受体，将感受到的生物分子信号转化成可观察的电流或电压信号2.3 生物质谱传感器生物质谱传感器主要通过分子的荧光检测以及质量分析技术实现对生物分子的专业检测，广泛应用于基因、蛋白质和细胞分子学分析等领域，可直接获得目标生物分子的化学成分和分子量等信息。
2.4 机械与磁力传感器机械与磁力传感器的原理基本类似，主要是利用受体化学或生物物理感应的力量释放能量，传感器可以沿传统机械系统或磁力系统框架进行设计，使传感器具有更加稳定、快速和精准的响应能力。
生物传感器
二、酶生物传感器 应用固定化酶 固定化酶作为敏感元件的生物传感器 应用固定化酶作为敏感元件的生物传感器 酶电极 酶场效应管传感器 酶生物传感器 酶热敏电阻传感器 酶光纤传感器 (一)、酶电极传感器 一、 定义： 固定化酶与离子选择电极 气敏电极、 与离子选择电极、 定义：由固定化酶与离子选择电极、气敏电极、氧化还原 电极等电化学电极 电化学电极组合而成的生物传感器 电极等电化学电极组合而成的生物传感器 电流型酶电极 酶电极 电势型酶电极
二、生物敏感材料的固定化技术 生物传感器制作的核心部分 1、固定化的目的：将生物敏感物质限制在一定的空间，但 、固定化的目的：将生物敏感物质限制在一定的空间， 又不妨碍被分析物的自由扩散 2、固定化的方法 、 1）吸附法 ） 用非水溶性载体物理吸附 离子结合， 物理吸附或 用非水溶性载体物理吸附或离子结合，使蛋白质分子固定 化的方法。 化的方法。 物理吸附：通过极性键、氢键、 物理吸附：通过极性键、氢键、疏水力或 π 电子的相互作 用将生物组分吸附在不溶性的惰性载体上。 用将生物组分吸附在不溶性的惰性载体上。 离子交换吸附法：选用具有离子交换性质的载体， 离子交换吸附法：选用具有离子交换性质的载体，在适宜 条件下， 的PH条件下，使生物分子与离子交换剂通过离子键结合， 条件下 使生物分子与离子交换剂通过离子键结合， 形成固定化层。 形成固定化层。
待测物 的浓度
放大、 放大、输出 检测处理电路
电信号
二、生物传感器的分类及特点 ）、分类 （一）、分类 酶传感器 免疫传感器
光生物传感器
热生物传感器
微生物传感器 生物传感器 生物传 半导体生物 感器 信号转换器） 组织传感器 （信号转换器） 传感器 敏感物质） （敏感物质） 电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ学生物 细胞传感器 传感器 基因传感器 声波生物 传感器
生物传感器的分类详解
生物传感器的分类详解
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
感器具有接受器与转换器的功能。
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。
主要有酶、
抗体、核酸、DNA、细胞受体和完整细胞等。
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），主
要有电化学器件、光学器件、热敏器件、声波器件、压敏器件等。
生物传感器原理图。
生物传感器及其应用
电场
压电晶体式
气体
等离子体共振式 磁场
12
（1） 将化学变化转变成电信号 以酶传感器为例,酶催化特定底物发生反应,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,即构 成酶传感器。
常用转换装置有氧电极、过氧化氢。
13
（2）将热变化转换成电信号 固定化的生物材料与相应的被测物作用时常
膜
还原型辅酶
燃料电极
电流式
31
（2）微生物传感器特点
微生物较酶易获得，价格相对较低； 稳定性好，连续使用时间可达一个月左右； 响应时间比酶传感器长，多数在10分钟左右； 特异性较酶传感器差。
32
（3）微生物传感器实例
例1：谷氨酸传感器 谷氨酸脱羧酶催化谷氨酸的反应为：
HOOC-(CH2)2-CHNH2-COOH 谷氨酸脱羧酶 HOOC-(CH2)2-CH2NH2 + CO2
• 免疫电极(immuno bioelectrode)是以免疫物质 （抗原或抗体）作为敏感元件的电化学生物传感 器。
• 免疫物质的高特异性识别使免疫电极具有很高的 特异性。
• 根据测定过程是否需要标记物可分为直接免疫电 极（direct immuno electrode）和间接免疫电极 （indirect immuno electrode）。
葡萄糖传感器示意图
电解质溶液
记录仪
Pb Pt
聚四氟乙稀膜
氧电极
固定化葡萄糖氧化酶膜
葡萄糖 酶催化反应 电极旁O2浓度↓电化学反应 电流值↓→葡萄糖浓度
酶膜上
氧电极上
主要性能：测量范围：1~500 mg/L 响应时间：10~30 s 使用寿命：60~100 day
生物传感器
• 热生物传感器（calorimetricbiosensor）
• 压电晶体生物传感器（piezoelectricbiosensor）
3.3 以待测物与分子识别元件的相互作用方式进行分类
5.3 发酵工业
(1)原材料及代谢产物的测定 微生物传感器可用于测量发酵工业中的原材料和代谢产 物。测量的装置基本上都是由适合的微生物电极与氧电极组 成，原理是利用微生物的同化作用耗氧，通过测量氧电极电 流的变化量来测量氧气的减少量，从而达到测量底物浓度的 目的。 (2)微生物细胞数目的测定 人们发现在阳极表面上，菌体可以直接被氧化并产生电流。 这种电化学系统可以应用于细胞数目的侧定。侧定结果与常 规的细胞计数法测定的数值相近。利用这种电化学微生物细 胞数传感器可以实现菌体浓度连续、在线的测定。
• 生物亲合型生物传感器（affinitybiosensor）
4.1 速度快，成本低 采用固定化酶膜作为分析工具, 酶法分析试剂可 以反复使用数千次, 其分析成本大大降低，分析速度快, 不到20s可以获得准确的分析结果 4.2 专一性强 生物传感器只对特定的底物起反应,而且不受颜色 和浊度的影响, 因此一般不需要进行样品的预处理, 干 扰少
我国自主研发生物传感器产品及跨国企业集团在中国推出的产品
共存并相互竞争。
一些掌握生物传感器技术的跨国大企业集团，看好被称为“世界
工厂”的中国市场，采取技术输出的途径，吸收我国的技术力量 和销售途径，在我国市场上进行生物传感器的开发、产品制造和 销售。
一部份海外留学归国的生物传感器专门人才也将自己的成果在中
生 物 传 感 器
生物材料化学和生物传感器技术
生物材料化学和生物传感器技术在当今世界科学技术飞速发展的时代，生物材料化学和生物传感器技术成为了研究的热点领域。
这两个方向的研究不仅可以解决生物医学领域中的许多问题，还有着广阔的应用前景，对人类社会的发展有着不可忽视的重要性。
一、生物材料化学生物材料化学研究的重点在于生物分子与材料之间的相互作用，探究在不同环境下生物分子对材料的吸附、识别和反应等过程，为设计和制造生物材料提供理论依据和构建模型。
生物材料化学通过对材料的表面和生物分子互作用机理的研究，设计和制造出一系列可以应用于生物医学、生物技术和环境保护等领域的新型材料。
例如，生物相容性高、生物降解性好的高分子材料可以用于制造人工组织、药物载体和生物传感器等；生物活性物质修饰的金属、氧化物和碳纳米材料可以应用于化学和生物传感器、生物分析和生物医学成像，发挥着重要的作用。
二、生物传感器技术生物传感器是指将生物分子或组织作为敏感元件，将其与传感器电路结合起来，在化学反应、光学、电化学或热学等方面感知各种生物活性物质的一种装置。
生物传感器技术综合了化学、生物学、电子学、通讯技术和仪器技术等多学科知识，为生物医学领域的研究提供了更多手段。
生物传感器能够快速、准确、灵敏地检测体内外生物分子的含量或存在状态，具有实时监测、无创过程、高选择性和灵敏度高等特点。
目前研究的生物传感器技术涵盖了多种生物图像分析、无痕生物识别、基因诊断、药物研发和治疗等方面，其应用也越来越广泛：用于实现临床灵敏快速的生物分析；用于环境污染、食品安全、甚至恐怖袭击警报等领域的监测和预警；用于健康管理和医疗养老等方面。
三、生物材料化学和生物传感器技术的研究进展目前仍存在许多问题，例如设计和合成生物分子、机械学过程、长期稳定性的提高、耐高温等，对此需要在理论和实践中进行长期深入的研究。
但是随着技术、仪器、实验条件和实验技术的改善，高技术材料的理论和应用研究中已经取得了许多进展。
例如，通过控制物理、化学和生物学因素，可以实现对生物材料的特定定制和功能化，为生物组织修复、医学诊断和治疗提供了许多新方法；同时，生物传感器技术的引入和发展，为医学制造、干预和治疗的提高提供了更多方法和手段。
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用生物组织作感受器可制成组织传感器（或称为组 织电极）
将一些特定的细胞器从细胞里分离出来作为感受器， 可制成细胞器传感器
将微生物作为感受器可制成微生物传感器 将生物分子如蛋白质、核酸等作为感受器，更成为
当代生物传感器发展的主流
2、分类
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月1 9日下 午9时4 4分20. 10.19 20.10 .19
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。 2020年 10月1 9日星 期一下 午9时4 4分59 秒21:4 4:592 0.10. 19
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10 月下午9 时44 分20.10 .1921 :44Oc tober 19, 2020
磁性药物载体的磁导向定位已成功地应用于胃 癌、膀胱癌的实验研究，以及胸部肿瘤和消化 道肿瘤的临床治疗。
2、生物医用光敏材料
光纤生物传感器——测定血清中的自由胆固醇含量 卤化银光纤CO2激光手术刀
3、生物医用压电材料
主要用于检测：
人体血压检测；心音、颈动脉和颈静脉静波检 测；血流量测定；呼吸系统计量等。
依照信号转换器的不同，也可将生物传感器进 行分类，
压电晶体生物传感器、场效应管生物传感器等。
3、生物传感器的特点
4、电化学生物传感器
5、场效应晶体管（FET）生物传感器
场效应晶体管（FET）
6、石英晶体微天平
QCM－D传感器
研究内容
脂类双层膜上的DNA杂交 酶降解 聚电解质多层膜 细胞粘附 生物相容性
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。 2020年 10月1 9日星 期一9 时44分5 9秒21 :44:5 919 October 2020
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午9时4 4分59 秒下午 9时44 分21:4 4:592 0.10. 19
一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.1 0.192 0.10.1 921:4 421:4 4:592 1:44: 59Oct -20
7、表面等离子共振（SPR）
Surface plasmon resonance
8、生物芯片
9、生物传感器应用
应用领域
医疗、医药、生物工程、环境保护、食品、农业、畜牧 等与生命科学关系密切的一些领域。例如： 临床上用免疫传感器等生物传感器来检测体液中的各种 化学成分，为医生的诊断提供依据； 生物工程产业中用生物传感器监测生物反应器内各种物 理、化学、生物的参数变化以便加以控制； 环境监测中用生物传感器监测大气和水中各种污染物质 含量， 食品行业中用生物传感器检测食品中营养成分和有害成 分的含量、食品的新鲜程度等。
第七章 生物敏感材料与生物传感器
第一节 概述 第二节 生物敏感材料 第三节 生物传感器
第一节 概述
一、分类
按用途： 治疗用生物敏感材料： 自身能感知外界环境的细微变化，并能产生相应 的物理结构和化学性质的改变甚至是突变。 以响应凝胶为主，以此为基础制成智能型药物体 系。 检测用敏感材料 主要用作传感器中的敏感材料，感知人体的物 理量。
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。20 20年1 0月19 日星期 一9时4 4分59 秒Mon day, October 19, 2020
相信相信得力量。20.10.192020年 10月19 日星期 一9时 44分5 9秒20. 10.19
谢谢大家！
例如，压力传感器能感受压力信号并将压力信号转换成 电信号，湿度传感器能感受湿度的大小并将湿度大小转 换成电信号等。
生物传感器是近几十年内发展起来的一种新的传感 器技术。
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。
1、与传统传感器的区别
传统传感器：信号感受器完全由非生命物质组成 生物传感器：感受器中含有生命物质，例如
利用热磁效应进行医疗检测或控制释药、 治疗
磁性接骨板加快了骨折的愈合
氧敏感顺磁性生物医学传感器材料
EPR（Electronic Paramagnetic Resonance）氧生物 医学传感器属于在线检测生物医学传感器, 它是利用 EPR技术测试活体组织的氧分压, 形成类似核磁共振 的生物组织影像。
感受器
所采用的生命物质
组织传感器、细胞传感器、酶传感器等等
所监测的物理量、化学量或生物量
热传感器、光传感器、胰岛素传感器等
其用途
免疫传感器、药物传感器等等。
2、分类
信号转换器——与传统的转换器并没有本质 的区别。
例如，可以利用电化学电极、场效应管、热每 器件、压电器件、光电器件等器件作为生物传 感器中的信号转换器。
常用材料：
压电石英单晶——微重力免疫生物传感器、超 声波诊断仪
压电陶瓷
4、生物医用热敏材料
热敏电阻陶瓷：用于测量人体深部体温变化 温度响应性材料：形状记忆合金
第三节 生物传感器
第三节 生物传感器
传感器主要由信号感受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（如电信号和光信号）。
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20 .10.19 21:44 :5921 :44Oc t-201 9-Oct- 20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。21 :44:5 921:4 4:592 1:44M onday , October 19, 2020
安全在于心细，事故出在麻痹。20.1 0.192 0.10.1 921:4 4:592 1:44: 59Oct ober 19, 2020
随着社会的进一步信息化，生物传感器必将获得越来越 广泛的应用。
卫生保健和生命科学领域
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20 .10.19 20.10 .19Mo nday, October 19, 2020
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。 21:44: 5921: 44:59 21:44 10/19 /2020 9:44:59 PM
兼有对EPR敏感并对氧敏感的特性——碳黑材料、卟 啉类化合物和菁染料类化合物
材料的颗粒已经能进入小鼠体内各个组织，甚至是尾部、耳 部、眼睛的毛细管内。小鼠更无中毒表现。
传感器在小鼠体内能稳定存在较长时间（3月）后逐渐由体 内代谢。
通过血流量的超声测试，验证了传感器已达到了预期的效果。
磁导向磁性药物
按敏感特性： 磁敏、电敏、光敏、热敏、压电材料
第一节 概述
二、性能要求
良好的生物相容性 极高的敏感度 稳定、可靠、长寿命
第二节 生物敏感材料
1、医用磁生物材料
磁场生物效应 磁场使红细胞体积增大，携氧能力增加，有利于
改善组织的供血供氧状态，促进代谢。 脉冲强磁场能选择性地抑制肿瘤细胞的生长繁殖。 磁场有改善血液流变学的作用。 磁场有促进创口愈合作用，加速组织的愈合作用