生物傳感器技術(shù)及其應(yīng)用

生物傳感器技術(shù)及其應(yīng)用一生物傳感器技術(shù)簡介二生物傳感器基本分類及原理三生物傳感器技術(shù)的應(yīng)用四前景

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，生物檢測技術(shù)廣泛的應(yīng)用到食品，環(huán)境，醫(yī)學(xué)各個領(lǐng)域，如生物酶技術(shù)，PCR技術(shù)，生物傳感器技術(shù)，生物芯片技術(shù)等，本文重點(diǎn)介紹生物傳感器技術(shù)及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用。

生物感應(yīng)器技術(shù)簡介

生物傳感器起源于20世紀(jì)中期，1962年，Clark和Lyons首次把嫁接酶法和離子敏感氧電極技術(shù)結(jié)合，研制了測定葡萄糖含量的酶電極，開創(chuàng)了生物傳感器研究的先河。7O年代中期開始，生物傳感器不再局限于生物反應(yīng)的電化學(xué)過程，而是根據(jù)生物學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的各種信息(如熱效應(yīng)、光效應(yīng)、場效應(yīng)和質(zhì)量變化等)來設(shè)計(jì)各種精密的探測裝置。9O年代后生物傳感器的市場開發(fā)獲得顯著成績，以表面等離子體和生物芯片為代表的生物親和傳感器技術(shù)成為生物傳感器發(fā)展的又一高潮。經(jīng)過30多年的不斷發(fā)展，生物傳感器技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測、食品分析、醫(yī)療保健、醫(yī)藥和軍事醫(yī)學(xué)等方面。

生物傳感器的分類及原理分類根據(jù)傳感器輸出信號的產(chǎn)生方式：親和型生物傳感器、代謝型生物傳感器、催化型生物傳感器。根據(jù)生物傳感器中信號檢測器（分子識別元件）上的敏感物質(zhì)分類：生物傳感器可分酶傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細(xì)胞及細(xì)胞器傳感器、基因傳感器、免疫傳感器等。根據(jù)生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換器分類：電化學(xué)生物傳感器、半導(dǎo)體生物傳感器、熱學(xué)型生物傳感器、光學(xué)型生物傳感器、聲學(xué)型生物傳感器等。根據(jù)檢測對象的多少：以單一化學(xué)物質(zhì)為檢測對象的單功能型生物傳感器和同時檢測微量多種化學(xué)物質(zhì)的多功能型生物傳感器。根據(jù)生物傳感器的用途：免疫傳感器、藥物傳感器等?；驹砩飩鞲衅饕陨锘钚圆牧?如酶、抗體、核酸、細(xì)胞等)作為敏感元件。生物傳感器由生物識別元件(biore—ceptor)和換能器(transducer)兩個部分組成。待測樣品中被分析物經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入固定化生物功能膜層，通過固定化生物功能分子對待測分子的識別作用發(fā)生生物或化學(xué)反應(yīng)，引起某些物理量或化學(xué)量的變化，這些信息的變化經(jīng)物理、化學(xué)及其它換能器轉(zhuǎn)變成可定量和可處理的信號，并經(jīng)信號放大器放大后輸出，從而得出待測物的分析量。生物識別元件或稱生物敏感膜(biosensitivemembrane)或生物功能膜(biofunctionmembrane)，是生物傳感器的核心器件，其分子識別能力決定生物傳感器的選擇性和靈敏度，直接影響傳感器的性能和質(zhì)量。生物膜中固定的生物活性材料可以是酶、核酸、抗原和抗體、細(xì)胞及生物組織或它們的組合，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展還引入了高分子聚合物模擬酶及人工合成的受體等，使生物識別元件的概念進(jìn)一步延伸。換能器的作用則是將生物或化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的各種信息轉(zhuǎn)變成可方便測量的信號，反應(yīng)的信息是多元化的，包括各種生物、化學(xué)和物理信息，現(xiàn)代電子學(xué)、微電子學(xué)及傳感技術(shù)的成果為檢測這些信息提供了豐富的手段。生物傳感在線分析系統(tǒng)在食品安全上的應(yīng)用

可用于食品成分、食品添加劑、有害毒物及食品鮮度等的測定分析。

Rasooly等的用抗體作為檢測器做成丁一個實(shí)時生物傳感器，用于檢測牛奶、熱狗等食品的葡萄糖球菌腸毒素，靈敏度可達(dá)10—100ng／g，而且檢測過程不

超過4min。陶濤等研制了一種檢測蝮蛇毒的壓電免傳感器，用巰基丙酸在鍍銀電極石英晶體表面自組裝巰基丙酸單分子膜，偶聯(lián)抗蝮蛇毒球蛋白構(gòu)建傳感器探頭，組成的檢測器對蝮蛇毒響應(yīng)良好。傳感器最低檢測濃度為0.1μg

／mL，檢測限范圍為O.1—5.0μg

／mL。

Vo1pe等以氧化酶為生物敏感材料，結(jié)合過氧化氫電極制備出的生物傳感器，可通過測定魚降解過程中產(chǎn)生的代謝物如：一磷酸肌苷(IMP)、次黃嘌呤(HX)、和肌苷(HXR)的濃度來評測魚的新鮮度。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用生物傳感技術(shù)因?yàn)閷Ｒ?、靈敏、響應(yīng)快等特點(diǎn)為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究及臨床診斷提供了一種快速簡便的新型方法，具有廣泛的應(yīng)用前景。

zeng等將白血病單克隆抗體通過納米金一蛋白A(Gold

NanopaIticle—labeledProteinA)固定在晶體表面，研制出臨床檢測急性白血病的石英晶體微天平免疫傳感器，傳感器為2×2型探針，經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)的傳感器能在5min內(nèi)迅速檢測出白血病樣品，并可以動態(tài)地監(jiān)測免疫反應(yīng)過程。

在環(huán)境檢測中的應(yīng)用生物傳感器能對污染物進(jìn)行連續(xù)、快速、實(shí)時監(jiān)測。

Timur等，以惡臭假單細(xì)胞菌——DSM50026細(xì)胞作為敏感元件研究出的測酚生物傳感器，其工作原理為：假單細(xì)胞菌催化氧化酚，最終生成CO2和H2O。在此過程中的電子轉(zhuǎn)移通過鋨絡(luò)合物傳遞給電極，從而根據(jù)電流變化檢測環(huán)境中酚的濃度。

在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用生物戰(zhàn)劑將是對國家安全造成嚴(yán)重威脅的高科技武器，其危險(xiǎn)性僅次于核武器。所以，未來世界各國國防的重點(diǎn)將會側(cè)重于研究簡捷、迅速、便于野外作業(yè)的生物傳感器，用于監(jiān)測生物戰(zhàn)劑。因此在軍事上有著更為寬廣的應(yīng)用前景。

clareJTaylor等研發(fā)了兩種受體生物傳感器：煙堿乙酰膽堿受體生物傳感器和某種麻醉劑受體生物傳感器，在10s內(nèi)，二者皆可偵檢濃度級為10-9的生物戰(zhàn)劑(流感病毒、黃熱病毒、炭疽桿菌等)。在海灣戰(zhàn)爭中，美國海軍成功使用DNA探針生物傳感器檢生物戰(zhàn)劑。

前景生物傳感器是多學(xué)科綜合交叉的一門技術(shù)，主要的發(fā)展趨勢是微型化、多功能化、智能化和集成化。