国内外研究现状 最终版

1.1 国内研究现状

我国生物传感器研究始于20世纪80年代初，其技术发展历程基本与国际上同步。从1990年起，全国酶工程会议和中日酶工程学术会议都将生物传感器作为重要内容进行研讨，大大促进了我国生物传感器技术和人才队伍的发展[1]。1990年，我国第一个生物传感器专著《生物传感技术原理与应用》出版，奠定了我国生物传感器技术基础。2005年，国家“十五”重点图书《生物传感器》由化学工业出版社出版，对生物传感器技术进行了系统的总结。2008 年，第十届世界生物传感器大会(The World Congress on Biosensors)在中国召开，标志着我国生物传感器研究进入新的发展阶段。对此，英国Cranfield大学的生物传感器资深专家Turner博士[2]指出，近几年中国在该领域的研究发展表现尤为突出，这不仅表现在研究论文的高产量，也表现在论文的高质量上。据生物传感器领域最具权威的Biosensors ＆Bioelectronics 杂志的统计数据[3]表明，2008年中国第一次取代了美国成为该杂志发表数量最多的一个国家。近十年来，有关酶电极的研究论文发表呈现逐年增长的趋势，特别是在2008年以后，我国在该领域发表的论文在国际期刊的数量显著增加[4]。我国在上世纪80年代初研制出了一批生物传感器分析仪器，最早的是葡萄糖分析仪，以后陆续研制成功BOD、乳酸、谷氨酸、SPR生物传感分析仪器及多指标血液分析、发酵在线检测等系列产品[5]。其中商品化产品主要是手持式血糖仪和SBA酶电极分析仪。手持式血糖测试仪于1994年诞生，国内约有16家生产企业[6]。

我国的一些研究组已经专注于这项工作的研究，已经取得了一定的成果。覃柳等人目前研究一八通道的电化学蛋白芯片，该电极阵列采用硅作为衬底，由再在硅衬底表面通过氧化工艺沉积二氧化硅作为绝缘层。在制作金电极阵列溅射金靶之前进行Ti-W靶的共溅射，形成与硅片结合紧密的Ti-W 膜，然后再溅射形成金膜。该芯片可以同时对多种病毒进行测定[7]。朱婷[8]等人研究了阵列式CMOS细胞电信号传感芯片，该芯片集成了6×6单元有源传感阵列、模拟多路选择器、输出缓冲器、参考源和数字控制电路，实现了传感电路和后端信号处理电路的单片化集成。传感单元面积为60 Lm×60 Lm，包含15 Lm×15 Lm的传感电极和有源预处理电路，线性放大幅值范围100 LV～25 mV 的微小信号，电压增益为40 dB。张国林等[9]采用乙基纤维素和乙炔黑导电复合材料制备固定化葡萄糖酶电极。结果表明:用环己烷洗去石蜡的导电复合材料葡萄糖氧化酶生物传感器具有粒状结构,有利于酶催化反应。利用普鲁士蓝(PB)膜修饰的铂盘葡萄糖电极能有效消除抗坏血酸、尿酸的干扰[10]。蔡新霞等[ 11] 将锇氧化还原聚合物与辣根过氧化酶共价交联修饰薄膜金电极,使用戊二醛交联固定葡萄糖氧化酶制得葡萄糖传感器。该传感器在-0 .1V(vs .Ag AgCl)电位下,背景电流小于

1 nA , 检出限为1 μM ,小于400 μM范围内灵敏度为2900 (nA μmol L)(相关系数R =0 .998), 实现了低浓度葡萄糖的测定, 为发展高灵敏度、低检测限、高稳定性的无创血糖检测传感器奠定了基础。

1.2国外研究现状

从20世纪60年代Clark和Lyon提出生物传感器(Biosensor)的设想开始,生物传感器的发展距今已有40多年的历史了。生物传感器是传感器的一种,它是一门由生物、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, 在生物、医学环境监测、食品及军事等领域有着重要应用价值,已引起世界各国的极大关注。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。苏格兰Intermediary Technology Institutes计划投资1亿2千万英镑发展“生物传感器平台（Biosensor Platform）”——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。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）大大缩短。生物传感器检测方法使得医生无需等待就可以给出治疗方案。国外的Michael [12]等在最近研制出了可以同时测量多种的电极微阵列，这个电极微阵列将八个面积为0.78 mm2的氧化铱电极、铱辅助电极和Ag-AgCl参比电极同时设计在同一玻璃的底片上，通过对电极进行化学修饰，该电极实现了对山羊的IgG、老鼠的IgG、人类的IgG和鸡的IgY 的同步检测，检出限为3 ng/mL。这电极有非常好的精确度，可以和单一的ELISAs相媲美，能满足经济的、节省的、大批量的检测的需要。法国的Arkhypova等人研制了可用于检测自然水体中的有毒物质的集成生物传感器，这种生物传感器集生物成分固定系统和数据处理系统为一体的新型生物传感器，实现了对水体中的有毒金属和杀虫剂进行定量和半定量分析，检出限达到了10 μM。欧美国家陆续投入惊人巨资研究生物传感器，不难预见，这个当今全球医学检

测和快速分析技术（EMERGING RAPID ASSAY TECHNOLOGIES）的热点领域在不远的将来会有极为广阔的应用前景。

参考文献;

[1]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[M]医疗设备信息.2006.11.第21卷11期

[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]鲁然.生物传感器在医学领域中的应用[M].当代医学.2009年8月第15卷第24期总第179期

[4]武宝利,张国梅,高春光,双少敏.生物传感器的应用研究进展.中国生物工程杂志.第24卷第7期.

[5]史建国,李一苇,张先恩. 我国生物传感器研究现状及发展方向.山东科学.第28卷第1 期

[6]李一苇，陈燕，马耀宏，等.基于碳纳米管修饰电极的脱氢酶传感器研究进展［J］．分析化学，2014，42(5):759－765．

[7]覃柳，刘仲明，邹小勇.电化学生物传感器研究进展. 中国医学物理学杂志. 第24卷第1期.

[8]朱婷,朱大中,施朝霞. 阵列式CMOS细胞电信号传感芯片[J].固体电子学研究与进展（RESEARCH & PRO GRESS O F SSE）, 2005,25(4):507- 512.

[9]张国林，潘献华，阚锦晴.导电复合材料葡萄糖氧化酶传感器的研究[ J] .物理化学学报, 2003, 19(6):533-537.

[10]王荣，郭晓明，吴霞琴，章宗穰.基于普鲁士蓝(PB)膜修饰铂电极的葡萄糖传感器的研究[ J] .化学研究与应用，2001, 13 (4):380-382 .

[ 11] 刘红敏, 刘春秀, 姜利英, 刘剑, 杨庆德, 郭宗慧, 王利, 蔡新霞.锇聚合物修饰的低浓度葡萄糖传感器制备与响应特性研究[ J] .传感技术学报, 2008, 21(2):215-218 .

[12]Michael S, Wilson,Weiyan Nie. Electrochemial Multianalyte Immunoassays Using an Array- Based Sensor[J]. Analytical Chemistry, 2006,2.20.