生物技術(shù)導(dǎo)論論文

1、 現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)論文題目：生 物 傳 感 器 生物傳感器【摘要】生物傳感器是一種以生物活性單元為敏感元件，結(jié)合化學(xué)、物理轉(zhuǎn)換元件，對(duì)被分析物具有高度選擇性的裝置，它具有靈敏度高、檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)便、成本低、可進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。在介紹生物傳感器發(fā)展現(xiàn)狀、組成及工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)生物傳感器在醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測(cè)、食品工程及軍事等領(lǐng)域中的應(yīng)用研究進(jìn)行了綜述，并探討了生物傳感器的發(fā)展前景?！娟P(guān)鍵詞】生物傳感器；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)生物傳感器技術(shù)是一個(gè)非?；钴S的工程技術(shù)研究領(lǐng)域，它與生物信息學(xué)、生物芯片、生物控制論、仿生學(xué)、生物計(jì)算機(jī)等學(xué)科一起處在生命科學(xué)和信息科學(xué)的交叉區(qū)域，是發(fā)展生物技術(shù)必不可

2、少的一種先進(jìn)的檢測(cè)與監(jiān)控裝置。生物傳感器以其高選擇性、高靈敏度和可連續(xù)測(cè)定等突出優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)、生物工程、食品工業(yè)和環(huán)境污染物檢測(cè)等領(lǐng)域展示了十分廣闊的應(yīng)用前景。一、 生物傳感器基本原理及特點(diǎn) 生物傳感器的傳感原理示于圖1，其構(gòu)成包括兩部分:生物敏感膜和換能器。被分析物擴(kuò)散進(jìn)人固定化生物敏感層，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一次信息繼而被相應(yīng)的物理?yè)Q能器、化學(xué)換能器轉(zhuǎn)變成可定量和可處理的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)二次儀表（檢測(cè)放大器）放大輸出，從而測(cè)得待測(cè)物的濃度1。Turner教授將生物傳感器定義為:一種精致的分析器件，它結(jié)合一種生物的或生物衍生的敏感元件與一只理化換能器，能夠產(chǎn)生間斷或連續(xù)的數(shù)字電信號(hào)

3、，信號(hào)的強(qiáng)度與被分析物成比例2?？啥考庸さ碾娦盘?hào)換能器生物敏感器待分析物一次信號(hào)圖1生物傳感器傳感原理與傳統(tǒng)的分析方法相比，這種新的檢測(cè)裝置具有以下特點(diǎn)：1）體積小、響應(yīng)快、準(zhǔn)確度高，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線檢測(cè)；2）一般不需進(jìn)行樣品的預(yù)處理，可將樣品中被測(cè)組分的分離和檢測(cè)統(tǒng)一為一體，使整個(gè)測(cè)定過(guò)程簡(jiǎn)便迅速，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析；3）可進(jìn)行活體分析；4）成本遠(yuǎn)低于大型分析儀器，便于推廣普及。二、 生物傳感器的研究現(xiàn)狀當(dāng)今，納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用，使其研究進(jìn)入嶄新階段。納米顆粒對(duì)酶生物傳感器的敏感性有增強(qiáng)作用，酶電極的性能是由酶的催化活性、酶活性中心和電極表面之間電子交換速率決定的。納米顆粒比表面積

4、大、表面自由能高，吸附能力較強(qiáng)，使更多的酶分子可以固定在納米顆粒表面。另外，由于納米顆粒尺寸很小，有可能與酶內(nèi)部的親水基團(tuán)發(fā)生作用，從而引起酶構(gòu)型上的變化。這種變化使得酶的活性中心更接近底物，提高了酶的催化效率比如:納米Au顆粒是電的良導(dǎo)體，具有很好的生物相容性，而改性納米SO2顆粒對(duì)生物分子又具有很好的選擇吸附性。因此，可望實(shí)現(xiàn)納米Au和SO2顆粒與酶分子活性中心及電極表面之間的直接電化學(xué)作用，大大增強(qiáng)生物傳感器的靈敏度。在生物傳感器研究領(lǐng)域內(nèi)，集納米技術(shù)、生物技術(shù)和自組裝方法于一體，實(shí)現(xiàn)具有高酶活性的三維有序組裝制備生物傳感器的報(bào)道不多。從已有的一些報(bào)道來(lái)看，加入納米粒子后制備的生物傳感器

5、的靈敏度得到了很大提高。響應(yīng)時(shí)間的縮短，檢測(cè)的線性范圍的增大，都表明了生物傳感器性能的提高。Morrin等人基于可加工的傳導(dǎo)聚苯胺納米顆粒制成了生物傳感器。國(guó)內(nèi)外學(xué)者還對(duì)納米顆粒增強(qiáng)葡萄糖氧化酶（GOD）生物傳感器開(kāi)展了大量研究。結(jié)果表明：葡萄糖生物傳感器具有選擇性高、測(cè)試簡(jiǎn)便、快速的特點(diǎn)，是檢測(cè)葡萄糖濃度最常用的方法。人的血液和體液中含有許多干擾物質(zhì)，通過(guò)引入納米顆粒，還可以改善葡萄糖傳感器抗干擾性能。生物傳感器在近幾十年來(lái)得到廣泛的研究，日本有五個(gè)政府部門(mén)和五十多個(gè)公司致力于生物傳感器的研制工作，歐洲有四個(gè)國(guó)家經(jīng)“尤里卡計(jì)劃”批準(zhǔn)共同進(jìn)行生物傳感器方面的研究，二十世紀(jì)八十年代后，我國(guó)有關(guān)生

6、物傳感器的研究也飛速發(fā)展，并被列入未來(lái)高新技術(shù)項(xiàng)目。目前，國(guó)內(nèi)從事生物傳感器研究較多的有清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所、哈爾濱理工大學(xué)測(cè)控技術(shù)與通信工程學(xué)院、湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、西安交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)。山東省科學(xué)院生物研究所是國(guó)內(nèi)首家在該方面研究開(kāi)發(fā)取得成功的單位，從1983年到1998年已研制成功了10多項(xiàng)產(chǎn)品，有的成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，以SBA- 40型和50型生物傳感分析儀為代表，儀器集成了許多智能化操作程序，其主程序可方便地滿足多種自動(dòng)測(cè)定要求。具有多酶協(xié)同作用的復(fù)合酶膜生物傳感器，通過(guò)自動(dòng)測(cè)定程序?qū)崿F(xiàn)了糖化酶

7、活性的快速自動(dòng)測(cè)量，應(yīng)用雙電極-差分的方法實(shí)現(xiàn)了難以分析的生化樣品測(cè)定，包括尿素、谷氨酰胺、淀粉、蔗糖、乳糖、麥芽糖等。在20世紀(jì)90年代中期，生物傳感分析儀品種得到更新?lián)Q代，還建立了相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?？梢灶A(yù)料，隨著固定化技術(shù)的進(jìn)一步完善，隨著人們對(duì)生物體認(rèn)識(shí)的不斷深入，生物傳感器必將在市場(chǎng)上開(kāi)辟出一片新的天地。三、 生物傳感器的應(yīng)用3.1在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用 生物傳感器可以廣泛地應(yīng)用于對(duì)體液中的微量蛋自（如腫瘤標(biāo)志物、特異性抗體、神經(jīng)遞質(zhì)）、小分子有機(jī)物（如葡萄糖、抗生素、氨基酸、膽固醇、乳酸及各種藥物的體內(nèi)濃度）、核酸（如病原微生物、異?；颍┑榷喾N生化指標(biāo)檢測(cè)。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中，這些項(xiàng)目是臨

8、床診斷和病情分析的重要依據(jù)。血糖傳感器和尿酸傳感器使糖尿病和痛風(fēng)患者能在家中對(duì)病情進(jìn)行自我監(jiān)測(cè)。目前，我國(guó)已開(kāi)發(fā)了多種用于臨床診斷的生物芯片3，如地中海貧血檢測(cè)生物芯片、丙型肝炎病毒分型檢測(cè)生物芯片、苯丙酮酸尿毒癥檢測(cè)生物芯片和腫瘤基因檢測(cè)生物芯片等。 免疫傳感器是集免疫測(cè)試和生物傳感技術(shù)兩種優(yōu)點(diǎn)為一體的新型生物傳感器。作為人類(lèi)殺手的癌癥，能否用最快最短最早的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)診斷出癌癥的前期預(yù)兆是幫助患者更好更快恢復(fù)的重要關(guān)鍵因素。為了有效的檢測(cè)腫瘤的發(fā)展，臨床醫(yī)學(xué)上通常會(huì)對(duì)某些特異性蛋白做腫瘤標(biāo)記，作為臨床檢驗(yàn)和診斷的重要依據(jù)。而這些特異性蛋白就是在腫瘤發(fā)展過(guò)程中，腫瘤組織或細(xì)胞釋放出一些特異性的蛋

9、白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)進(jìn)人循環(huán)體系后，可以用其在血液中的含量水平來(lái)標(biāo)志著腫瘤發(fā)展的階段故被稱為腫瘤標(biāo)記物4。盡管目前有很多方法可以用作腫瘤標(biāo)記物的檢測(cè)，例如：生物化學(xué)、酶聯(lián)免疫分子生物學(xué)等，但是除去其高選擇性、準(zhǔn)確性之外，仍存在著輻射威脅、耗時(shí)耗力、費(fèi)用高等缺點(diǎn)。而對(duì)于免疫傳感器，由于其結(jié)合了免疫反應(yīng)的特異性分子識(shí)別和便利的檢測(cè)技術(shù)而受到了研究者的關(guān)注，因此，目前來(lái)說(shuō)，快速發(fā)展腫瘤標(biāo)記物的免疫傳感器是目前生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)的研究熱點(diǎn)。藥物分析用生物傳感器其典型代表產(chǎn)品是SPR生物傳感器，這是一種表面膜共振分析，是實(shí)時(shí)測(cè)定生物分子結(jié)合的技術(shù)，在九十年代初由發(fā)瑪西亞公司引入，以抗原抗體結(jié)合分析為例，將抗原（或

10、抗體）通過(guò)表面化學(xué)方法固定在芯片的金箔表面，然后讓抗體（或抗原）流過(guò)抗原抗體的結(jié)合將改變膜表面液體性狀，從而影響金箔共振性質(zhì)，這一改變可被實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄下來(lái)（這被稱之結(jié)合相）如改讓緩沖液流過(guò)，結(jié)合的抗體（或抗原）將解離并被帶走，這同樣改變膜表面液體性狀，檢測(cè)并記錄下來(lái)的金箔共振性質(zhì)改變就是解離相。SPR生物傳感器是一種昂貴的生物傳感器分析儀，國(guó)內(nèi)只有少許有條件的實(shí)驗(yàn)室從國(guó)外購(gòu)進(jìn)，并以對(duì)外收費(fèi)的服務(wù)形式運(yùn)行。它主要用于部分新藥研發(fā)中藥物作用的分子活性基團(tuán)的識(shí)別。清華大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院電子研究所均自行研制了SPR生物傳感器。其中中國(guó)科學(xué)院電子研究所的產(chǎn)品配有小型流動(dòng)注人系統(tǒng)、溫控測(cè)試池及可批量制備的

11、SPR生物傳感芯片。具有體積小、測(cè)定范圍寬、精度高、靈敏度高、功能完整、操作方便、可靠、耗材廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，是一種創(chuàng)新性、實(shí)用化的現(xiàn)代科學(xué)儀器。目前，這種光、機(jī)、電-體化、智能化和實(shí)用化的SPR生化分析儀已提供幾家科研單位使用。美國(guó)Cygnus公司正在開(kāi)發(fā)的手表式血糖監(jiān)測(cè)儀是一種連續(xù)的自動(dòng)血糖監(jiān)測(cè)裝置。在對(duì)其校準(zhǔn)之后，該裝置無(wú)疼痛地進(jìn)行監(jiān)測(cè)并顯示大量的血糖數(shù)據(jù)，可幫助糖尿病患者更好地控制其忽高忽低的血糖值。該裝置像一塊戴在腕部的手表，使用低電流無(wú)痛地將血糖抽取到自耗式經(jīng)皮透滲貼片（自動(dòng)傳感器）。該自動(dòng)傳感器內(nèi)置一個(gè)生物傳感器，安放在手表式血糖監(jiān)測(cè)儀的背面，緊貼在皮膚上。收集到的血糖在自動(dòng)傳感器內(nèi)引

12、發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電子。高精度血糖分析儀是采用固定化酶的生物傳感分析儀。其分析精度可以達(dá)到0.5-2%，比家用保健類(lèi)生物傳感器幾乎高一個(gè)數(shù)量級(jí)，比目前醫(yī)用生化分析儀的精度也高2-3個(gè)百分點(diǎn)。這在血糖分析領(lǐng)域是非常重要的，它們可以用作血糖分析的標(biāo)準(zhǔn)方法。3.2在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用大氣環(huán)境中較為常見(jiàn)的污染因子有NOX、SO2、CH4、C02等，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法對(duì)于其中的NOX 、SO2監(jiān)測(cè)方法較為復(fù)雜，監(jiān)測(cè)的結(jié)果重現(xiàn)性也較差。采用生物傳感器就可以克服這些不足，NOX傳感器使用多孔氣體滲透膜、固定化硝化細(xì)菌和氧電極組成的生物傳感器可以測(cè)定樣品中的亞硝酸鹽含量，進(jìn)而推算出空氣中的NOX濃度；SO2傳感器將

13、含亞硫酸鹽氧化酶的肝微粒體和氧電極制成生物傳感器，可以對(duì)酸雨和酸霧樣品溶液中SO2進(jìn)行檢測(cè)。該傳感器通過(guò)測(cè)定雨水中的亞硫酸鹽濃度來(lái)反映SO2含量，具有準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性好的優(yōu)點(diǎn)，CO2傳感器利用自氧微生物和氧電極制成的電位傳感器，可抗各種離子和揮發(fā)性酸的干擾，線性響應(yīng)范圍為3%12%之間，可以進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)在線分析，而且靈敏度也較高；甲烷傳感器固定化CH4氧化菌與氧電極組成測(cè)定甲烷的微生物傳感器，可以用于大氣中甲烷含量的連續(xù)快速監(jiān)測(cè)。BOD是衡量水體有機(jī)污染程度的重要指標(biāo)。測(cè)定BOD的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)稀釋法所需時(shí)間長(zhǎng)、操作繁瑣、準(zhǔn)確度差。BOD傳感器不僅能滿足實(shí)際監(jiān)測(cè)的要求，并且有快速、靈敏的特點(diǎn)。BOD傳

14、感器的工作原理5：以微生物的單一菌種或混合種群作為BOD微生物電極，由于水體中BOD物質(zhì)的加入或降解代謝的發(fā)生，導(dǎo)致水中的微生物內(nèi)外源呼吸方式的變化或轉(zhuǎn)化，耦聯(lián)著電流強(qiáng)弱信號(hào)的改變，一定條件下傳感器輸出的電流值與BOD的濃度呈線性關(guān)系。用于制作BOD生物傳感器的微生物主要有酵母、假單胞菌、芽孢桿菌、發(fā)光菌和嗜熱菌等。 張悅等6研制的BOD測(cè)定儀采用聚乙烯醇凝膠包埋方式固定酵母，并將固定化酵母直接分散懸浮在溶液中，將DO探頭插入溶液中測(cè)量BOD，實(shí)驗(yàn)表明，最佳測(cè)量條件為溫度30，pH5.0、固定化細(xì)胞15g，可在20 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)BOD的快速測(cè)定。在BOD為0-200 mg/L的范圍內(nèi)有較好的線

15、性測(cè)量關(guān)系，且有較好的準(zhǔn)確性。但離實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)距離，需做進(jìn)一步的研究。國(guó)外，兩種新的酵母菌種SPT1和SPT2被分離出來(lái)并且被固定在玻璃碳極上，以構(gòu)成用于測(cè)量BOD的微生物傳感器。其誤差為10%。將該傳感器用于測(cè)量紙漿廠污水中BOD濃度，其最小值可達(dá)到2mg/L，所用的時(shí)間僅為5min。生物傳感器除了在大氣監(jiān)測(cè)中被廣泛應(yīng)用，還被應(yīng)用于殘留有毒有害物的檢測(cè)，如采用競(jìng)爭(zhēng)性酶免疫監(jiān)測(cè)法測(cè)PCP（五氯酚），用膽堿酯酶-電化學(xué)生物傳感器檢測(cè)有機(jī)磷和氨基酸脂類(lèi)殺蟲(chóng)劑；污染物的急性毒性檢測(cè)、細(xì)菌總數(shù)的測(cè)定等等領(lǐng)域。3.3在食品工程中的應(yīng)用目前，人們對(duì)食品質(zhì)量和安全性的要求越來(lái)越高，生物傳感器提供了實(shí)時(shí)快

16、速、簡(jiǎn)單便攜和低成本的分析方法，同時(shí)，提高了儀器自動(dòng)化程度和適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)能力。食品的組成成分比較復(fù)雜，要在眾多成分共存下測(cè)定某一種成分，常需繁雜的前處理過(guò)程，因此食品檢驗(yàn)尤其需要向特異性好、簡(jiǎn)便、快速、可靠的方向發(fā)展，這就給生物傳感器的應(yīng)用提供了一個(gè)新的領(lǐng)域。應(yīng)用于食品領(lǐng)域的生物傳感器，有葡萄糖傳感器、谷氨酸傳感器、乙酸傳感器等，已經(jīng)商品化的食品領(lǐng)域用生物傳感器還有谷氨酸傳感器和測(cè)定魚(yú)鮮度的傳感器。食品添加劑對(duì)食品工業(yè)的發(fā)展和益處是毋庸置疑的，但過(guò)量的使用添加劑也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的危害性。目前，已研制出了一些檢測(cè)食品添加劑的生物傳感器。Camoannella等將氨氣敏電極與天門(mén)冬酶聚合并固定在

17、滲析膜上，成功研制出了可直接檢測(cè)甜味素（天門(mén)冬酰苯丙氨酸甲酯）的生物傳感器，并具有較高的靈敏度，其測(cè)量線性范圍為3. 8 x10-3-2. 6 x10-3 mol/L，檢測(cè)下限可達(dá)2.6 x10-3mol/L。 亞硝酸鹽在一些存放過(guò)久的熟蔬菜、蔬菜制品和泡菜中具有一定的含量，目前的研究表明它具有潛在的致癌作用，并可導(dǎo)致嬰兒高鐵血紅蛋白血癥。Carla Crosa等利用光生物傳感器原理對(duì)亞硝酸鹽進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)下限為0.93mol/L，完全滿足了歐盟對(duì)亞硝酸鹽的限定標(biāo)準(zhǔn)。該傳感器基于絡(luò)合沉淀凝膠法（CPG法）將亞硝酸鹽還原酶固定在光纖一端的可控微孔玻璃珠上，根據(jù)亞硝酸鹽與酶接觸時(shí)引起的分光變化與

18、亞硝酸鹽的濃度在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)亞硝酸鹽的定量檢測(cè)。Mesarost等曾采用葉啉微電極可檢測(cè)食品中的亞硝酸鹽，這種方法簡(jiǎn)便而快速，準(zhǔn)確度和精確度較好。此外，高效液相色譜（HPLC）技術(shù)可用于食品添加劑和生物毒素的定量檢測(cè)和分析，并具有成本較低、操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、重復(fù)好、結(jié)果準(zhǔn)確可靠等優(yōu)勢(shì)。 在肉類(lèi)食品中，激素的積累和殘留也是人們關(guān)注的重點(diǎn)，激素檢測(cè)通常可以采用免疫學(xué)方法。酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）就是其中的一種重要方法，基本原理是利用抗原和抗體的特異性免疫反應(yīng)和酶的高效催化作用檢測(cè)激素殘留，即在不破壞其免疫活性的條件下，將抗原或抗體預(yù)先結(jié)合到某一固相載體表面，檢測(cè)過(guò)程中根

19、據(jù)特定程序?qū)⒚笜?biāo)抗原或抗體和受檢樣品與結(jié)合在固相載體上的抗原或抗體進(jìn)行反應(yīng)，形成抗原或抗體復(fù)合物，固相載體上酶標(biāo)抗原或抗體被結(jié)合量（免疫復(fù)合物）與被測(cè)樣本中待檢抗體或抗原的量存在線性關(guān)系，并經(jīng)過(guò)其他相關(guān)處理后，可確定樣品中待測(cè)物質(zhì)及其含量。研究表明，ELISA測(cè)定方法具有快速、簡(jiǎn)便、成木低、自動(dòng)化程度高，對(duì)儀器設(shè)備要求不高，試劑保存時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)，目前ELISA已廣泛應(yīng)用于食品安全分析的各個(gè)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)在激素殘留檢測(cè)方面也取得了很多成果。上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院研究人員根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)酶免疫反應(yīng)原理，采用己烯雌酚抗體膜和過(guò)氧化氫電極組成傳感器主體，將一定量的己烯雌酚和過(guò)氧化氫酶標(biāo)記加到受檢物品中，酶標(biāo)

20、記的和未標(biāo)記的己烯雌酚將與膜上的己烯雌酚抗體產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，根據(jù)酶標(biāo)己烯雌酚與抗體的結(jié)合率可檢測(cè)食品中己烯雌酚激素的含量。目前，該類(lèi)型傳感器在檢測(cè)肉類(lèi)食品激素殘留方面得到了較好的應(yīng)用。上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院研究人員根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)酶免疫反應(yīng)原理設(shè)計(jì)的傳感器在檢測(cè)肉類(lèi)食品中的激素殘留獲得了較好的效果。其設(shè)計(jì)的己烯雌酚傳感器是由過(guò)氧化氫電極和己烯雌酚抗體膜組成，將一定量的過(guò)氧化氫酶標(biāo)記的己烯雌酚加到待測(cè)樣品中，酶標(biāo)記的及未標(biāo)記的己烯雌酚會(huì)與膜上的己烯雌酚抗體發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，測(cè)定酶標(biāo)己烯雌酚與抗體的結(jié)合率便可知食品中己烯雌酚的含量。3.4在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用生物傳感器在化學(xué)、生物戰(zhàn)劑的偵檢方而具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。生

21、物傳感器已應(yīng)用于監(jiān)測(cè)多種細(xì)菌、病毒及其毒素（如炭疽芽胞桿菌、鼠疫耶爾森菌、埃博拉出血熱病毒、肉毒桿菌類(lèi)毒素等）7，2000年，美軍報(bào)道已研制出可檢測(cè)土拉弗菌、蓖麻素、肉毒毒素和葡萄球菌腸毒素B等4種生物戰(zhàn)劑的免疫傳感器。在化學(xué)戰(zhàn)劑檢測(cè)中研究和使用最多的是乙酰膽堿脂酶?jìng)鞲衅鳌?0世紀(jì)50年代，就有人設(shè)計(jì)了沙林毒劑的酶檢測(cè)方法，可檢出 0.1-0.5 x 10-6的沙林，這一方法至今仍被國(guó)際上普遍用于神經(jīng)性毒劑偵毒包和報(bào)警器中。美國(guó)、瑞典在化學(xué)傳感器和生物傳感器方而的研究處于世界領(lǐng)先地位。自1980年以來(lái)，美軍一直將生物傳感器列入國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)研究計(jì)劃。在瑞典召開(kāi)的近幾屆國(guó)際防化學(xué)術(shù)討論會(huì)上，許多國(guó)

22、家的學(xué)者將生物傳感器視為新一代毒劑檢測(cè)器的主要研究方向。在化學(xué)戰(zhàn)劑檢測(cè)中的應(yīng)用 目前，研究和使用最多的是乙酰膽堿脂酶?jìng)鞲衅鳌?0世紀(jì)50年代，就有人設(shè)計(jì)了沙林毒劑的酶檢測(cè)方法，可檢出0.1-0.5 ppm的沙林。這一方法至今仍被各國(guó)普遍用于神經(jīng)性毒劑偵毒包和報(bào)警器中。瑞典國(guó)防研究院所研究的偵毒紙能夠檢測(cè)每立方米空氣中0.1-0.3 mg的神經(jīng)性毒劑；美軍利用酶生物傳感器制作對(duì)所有化學(xué)戰(zhàn)劑都能進(jìn)行快速、準(zhǔn)確檢測(cè)的自偵報(bào)警器；荷蘭的A-CAL報(bào)警系統(tǒng)、英國(guó)的NAIAD報(bào)警探測(cè)器和我國(guó)的酶報(bào)警器都是利用神經(jīng)性毒劑抑制膽堿酯酶的原理設(shè)計(jì)的。在生物戰(zhàn)劑檢測(cè)中的應(yīng)用 美軍發(fā)展的M93A1 FOX核化生預(yù)警

23、系統(tǒng)（NBCRS）和XM 31生物綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（BIDS）可自動(dòng)預(yù)警和檢測(cè)生物戰(zhàn)劑。它通過(guò)生物發(fā)光檢測(cè)ATP；采用流式細(xì)胞儀和不同抗原抗體反應(yīng)檢測(cè)病原菌，如炭疽芽孢桿菌、鼠疫桿菌、肉毒毒素和葡萄球菌腸毒素B。目前，正在開(kāi)發(fā)檢測(cè)布氏桿菌、土拉弗菌、蓖麻素及其他戰(zhàn)劑的方法。用新方法可以快速大量制備特異性高的單克隆抗體片斷。單克隆抗體與微電子技術(shù)相結(jié)合，可以成為快速檢測(cè)和識(shí)別許多病原體的有用工具。這種診斷檢驗(yàn)方法不僅是建立高效率的生物戰(zhàn)襲擊防御的先決條件，而目對(duì)生物武器公約的未來(lái)核查工作也可能成為有價(jià)值的工具?？贵w傳感器也已取得技術(shù)進(jìn)展。20世紀(jì)80年代以來(lái)，美軍開(kāi)發(fā)單克隆抗體技術(shù)偵檢化學(xué)戰(zhàn)劑，其靈

24、敏度與專一性均優(yōu)于酶法偵檢。 氣溶膠偵察生物戰(zhàn)劑傳感器可分為兩種，即非特異性異常情況報(bào)警傳感器和特異性生物戰(zhàn)劑傳感器。前者以測(cè)定空氣中粒子數(shù)及大小作為警報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)，敏感快速。此類(lèi)傳感器包括激光遠(yuǎn)程測(cè)量及采樣測(cè)定兩種。后者特異性傳感器利用病原微生物的免疫學(xué)特性或分子生物學(xué)特點(diǎn)，可特異性地準(zhǔn)確報(bào)告病原微生物的種類(lèi)，但測(cè)定樣品的種類(lèi)受到一定的限制，并且必須有一定的樣品濃度才能報(bào)警。美軍早在1992年報(bào)道一種生物戰(zhàn)免疫傳感器，該傳感器由采用熒光素標(biāo)記的抗生素戰(zhàn)劑抗體、抗生素標(biāo)記的抗生物戰(zhàn)劑抗體、尿素酶標(biāo)記的抗熒光素抗體、涂有生物素的多孔醋酸纖維捕獲膜、緩沖溶液、含尿素的底物溶液的檢測(cè)器組成，分別用競(jìng)爭(zhēng)法和夾心法測(cè)定單價(jià)和多價(jià)生物戰(zhàn)劑的抗原。可在5-10 min對(duì)0.01-10 mg/ m3的生物戰(zhàn)劑氣溶膠進(jìn)行檢測(cè)，如檢測(cè)細(xì)菌、芽胞、病毒和毒素。2000年美軍報(bào)道已研制出可檢測(cè)土拉弗菌、蓖麻素、肉毒毒素和葡萄球菌腸毒素B等4種生物戰(zhàn)劑的免疫傳感器。四、 發(fā)展前景生物傳感器是一個(gè)多學(xué)科交叉的