第3章 生物物理技术 生物传感器技术
生物传感器技术
摘要：摘要生物传感器技术在医学领域中有广阔的应用前景，它具有专一、灵敏、响应快等特点，
本文简要介绍了生物传感器的工作原理、分类，探讨了各种生物传感器的研究进展及应用前景。
关键词：生物传感器、原理、分类、前景
目录
1、引言 (1)
2.生物传感器工作原理（林泉等.2007） (1)
3、发展历史和现状 (1)
4.生物传感器的主要分类 (2)
4.1细胞传感器（张玉萍等.2008） (2)
4.1.1基于微电极的细胞传感器 (2)
4.1.2基于半导体器件的细胞传感器 (2)
4.1.3基于光纤检测的细胞传感器 (2)
4.1.4基于表面等离子体共振（SPR）的细胞传感器 (3)
4.1.5基于微悬臂的细胞传感器 (3)
4.1.6基于石英晶体微天平（QCM）的细胞传感器 (3)
4.2电化学传感器（张先恩. 2006） (3)
4.2.1 酶传感器 (4)
4.2.2非酶生物电极 (4)
4.2.3介体生物传感器（金利通等.1995） (5)
4.2.4直接电化学酶电极（张先恩. 2006） (5)
4.2.5 DNA电化学传感器（毛斌等. 2009） (5)
4.3热生物传感器（梁振普等.2002） (7)
4.3.1 基本原理 (8)
4.3.2 应用 (8)
4.3.3 展望 (9)
4.4压电晶体生物传感器（张波等.2004） (9)
4.4.1 压电石英晶体传感器的基本原理 (9)
4.4.2压电石英晶体生物传感器的应用 (9)
4.5半导体生物传感器（张宏绪.1989） (12)
4.5.1 原理： (12)
4.5.2 应用 (12)
4.6 光纤生物传感器（蒲晓允等.2006） (13)
4.6.1 光纤生物传感器的类型 (13)
4.6.2 光纤生物传感器的应用 (14)
4.6.3 展望 (15)
4.7表面等离子共振传感器（孟庆石等.2009） (15)
4.7.1 仪器原理和技术参数 (16)
4.7.2表面等离子共振技术在生命科学中的应用 (18)
4.8丝网印刷（张贤珍等.2002） (18)
4.8.1 丝网印刷电极 (18)
4.8.2 丝网印刷电化学传感器的应用 (19)
4.8.3 展望 (22)
4.9 分子印迹传感器（何永红等.2004） (22)
4.9.1 MIPs 的制备及其分子识别机制 (23)
4.9.2 MIPs 生物传感器的研究现状 (23)
4.9.3 展望 (26)
4.10纳米技术传感（刘凯等.2008） (26)
4.10.1纳米传感器的研究现状 (26)
4.10.2安全性 (28)
4.10.3应用 (28)
4.10.4展望 (28)
5. 生物传感器未来的发展前景 (28)
参考文献： (29)
1、引言
传感器是一种可以获取并处理信息的特殊装置，如人体的感觉器官就是一套完美的传感系统，
通过眼、耳、皮肤来感知外界的光、声、温度、压力等物理信息，通过鼻、舌感知气味和味道这
样的化学刺激。生物传感器是一类特殊的传感器（李静.2007），通常是指由一种生物敏感部件和转
化器紧密结合，对特定种类化学物质或生物活性物质具有选择性和可逆响应的分析装置。生物传感
器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂的体系中进行在线连续监测等特点，
特别是它高度自动化、微型化与集成化的特点，使其在近几十年获得蓬勃迅速的发展。
2.生物传感器工作原理（林泉等.2007）
生物传感器定义为“使用固定化的生物分子（immobilized biomolecules）结合换能器，用来侦
测生体内或生体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一种装置“。生物传感器
的工作原理如图1所示：其构成包括2部分：生物敏感膜和换能器。被分析物扩散进入固定化生物敏
感层，经分子识别，发生生物学反应，产生一次信号，如光、热、音等，继而被相应的物理换能器、
化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经过二次仪表放大并输出，以电极测定其电流值或
电压值，从而换算出被测物质的量或浓度。
3、发展历史和现状
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，开创了生物传感器的先河。5年后，Updike和Hicks制成了固定化酶电极——这是生物
传感器的首次问世。20世纪70年代，相继出现了电流型和电位型微生物电极、组织电极、线粒体
电极。20世纪80年代，利用生物反应中的光效应、热效应、场效应和质量变化而开发的生物传感
器蓬勃发展，开始了生物电子学传感器的新时代。
到目前为止，生物传感器大致经历了3个发展阶段：第一代生物传感器是由固定了生物成分的非活性基质膜（透析膜或反应膜）和电化学电极所组成；第二代生物传感器是将生物成分直接吸附或共价结合到转换器的表面，而无需非活性的基质膜，测定时不必向样品中加入其它试剂；第三代生物传感器是把生物成分直接固定在电子元件上，它们可以直接感知和放大界面物质的变化，从而把生物信号的识别和转换结合在一起。
4.生物传感器的主要分类
生物传感器的基本分类方法有两种：按生物敏感材料分类法和按能量（或信号）分类法。按生物敏感材料分类，可分为：酶传感器、免疫传感器、微生物传感器、细胞传感器、光生物传感器、组织传感器等；按转换器件分类，可分为：化学生物传感器、热生物传感器、光生物传感器、半导体生物传感器和声生物传感器等。本文主要介绍细胞传感器、电化学传感器、热生物传感器、压电晶体生物传感器、半导体生物传感器、光纤生物传感器、表面等离子共振生物传感器、丝网印刷生物传感器、分子印迹生物传感器、纳米生物传感器。
4.1细胞传感器（张玉萍等.2008）
细胞传感器是由固定或未固定的活细胞与电极或其他转换器组合而成的一类生物传感器。当活细胞与分子识别元件特异性结合后，产生的信息通过换能器转换为可定量和可处理的信号，从而达到分析检测的目的。细胞传感器已成为生物传感器研究领域的一大热点。本文对细胞传感器进行了分类；综述了细胞传感器的研究方法、应用领域和研究进展，并对细胞传感器的未来发展方向做出展望。
4.1.1基于微电极的细胞传感器
近年来，微电极因其独特的优越性能而在纳米生物传感器、单细胞分析、电化学动力学研究等众多领域显示出了巨大的潜在应用性。微电极既可以置于细胞周围环境又可以插入细胞内部，所以，利用微电极可实时定量地监测单个细胞内外的电活性物质及其变化。
1976年，Neher和Sakamann利用微玻管电极首先建立了膜片钳技术，即采用微玻管电极接触细胞膜，以千兆欧姆以上的阻抗使之封接，使与电极尖开口处相接的细胞膜片与其周围在电学上分隔，在此基础上固定电位，从而检测记录此膜片上的离子通道的离子电流。
膜片钳技术已成为细胞内测量的一种常规手段，它可以测量多种膜通道电流（其值可小到0.06 pA），具有0.01ms时间分辨力。但膜片钳技术的缺点是细胞的封接较困难，不适宜长期测量，且在实时检测细胞胞吐释放方面缺乏特异性。
4.1.2基于半导体器件的细胞传感器
将单个细胞或某些细胞体系固定到一个裸露（无金属栅）的场效应管（FET）上便构成了FET 细胞传感器。这种细胞传感器对细胞的监测可分为两大类：一是测定细胞本身的能量代谢与呼吸等引起的变化；二是测定一些细胞（如，神经细胞、肌肉细胞）和某些细胞网络在受到某些刺激时产生的电位变化。Meyburg S等人研制了一种可记录细胞外电信号的带有悬浮栅的FET，这种FET 将一个CMOS型n沟道晶体管与一个独立敏感区域链接起来，相对非金属栅极的FET而言，它的噪声系数比较小。他们以小鼠胚胎心脏肌细胞为研究对象，用此FET分别记录了药物作用于心脏前后的细胞外电信号。FET具有很多优点，如，可放大微弱信号、可无损测量等。因此，FET细胞传感器研究将是一个非常有意义的方向。
4.1.3基于光纤检测的细胞传感器
光纤生物传感器主要由光纤和生物敏感膜组成，通过检测生物反应所产生的光的强度、振幅、相位等参数确定被检物质的量。它的应用越来越广泛，已用于医学病原体、食物毒性、生化武器和环境样品等的快速检测。Maraldo D等人在锥形光纤表面固定聚赖氨酸和大肠杆菌（E.Coli）（JM101）
表达绿色荧光蛋白（GFP），480 nm的光进入光纤，通过测定倏逝场的变化测得了E.Coli（JM101）表达GFP的生长率。Dinh研究组在光纤纳米生物传感器方面作了大量的研究，如2004年，Dinh等人发展了一种结合有抗细胞色素c的抗体的光纤纳米免疫传感器，他们将该传感器与酶联免疫分析结合，成功地监测了MCF - 7细胞中细胞色素c的释放。优缺点：光纤纳米生物传感器具有体积微小、灵敏度高、抗干扰性强、不需要参比器件等优点，在单细胞内结构、物质的在体测量等方面具有潜在的应用价值。
4.1.4基于表面等离子体共振（SPR）的细胞传感器
SPR是等离子体物理学和量子场论中的一个概念，它是电磁波所激励的在金属和电介质交界面上形成的影响电磁波传播的谐振波。SPR生物传感器是SPR与生物分子特异性相互作用分析原理相结合的产物，它主要包括光波导器件、金属薄膜、生物分子膜3 个组成部分。R?avik M 等人以SPR 原理为基础获得了微生物细胞表面指纹图谱。他们以4种不同的E.Coli突变体为研究对象，当细胞悬浮液流过4种具有不同物理和化学性质的表面时，通过记录细胞与突变体表面的相互作用即可获得细胞表面的指纹图谱。SPR生物传感器的检测过程方便快捷、抗电磁干扰能力强，已经成为一种成熟的检测生物分子间相互作用的方法和手段。
4.1.5基于微悬臂的细胞传感器
微悬臂是一种结构简单的传感器结构，少量的分子吸附在微悬臂梁的表面就会导致悬臂梁弯曲偏转量和谐振频率的变化。AntonikM D等人蚀刻了200mm ×30mm ×0. 6mm （长度×宽度×厚度）的微悬臂，并在该微悬臂的一侧溅射具有良好反射特性的金薄膜，另一侧沉积Si3N4，然后，将MDCK细胞培养在沉积有Si3N4 的一侧。细胞在不同毒素的刺激下运动会引起悬臂梁发生不同程度的偏转，将激光束照射在悬臂梁溅射有金薄膜的一侧，利用对位置敏感的光电二极管接收反射光，即可在纳米量级检测到这种偏转。实验表明：可将这种集成细胞的悬臂梁用于实时监测活细胞的力学性能。Satoshi等人利用类似方法将少量细胞吸附在微悬臂梁的一侧，初步得到了细胞浓度与微悬臂梁共振频率之间的关系。Burg T P等人蚀刻了长为200μm，宽为33μm，厚为7μm的微悬臂，他们在该微悬臂上构建了高为3μm，宽为8μm微流通道，当待测样品（如，生物分子、单细胞、纳米颗粒等）随着流体流过微流通道时，微悬臂的质量增加，从而导致其共振频率发生变化，通过测得此频率的变化，他们测得了几种生物分子、细胞、纳米颗粒的质量。
4.1.6基于石英晶体微天平（QCM）的细胞传感器
QCM系统主要由电子振荡电路、频率计数器和压电石英晶体3部分组成，当石英晶体表面质量变化时将引起压电晶片振动频率的改变。根据这一原理，Fohlerova Z等人将老鼠上皮细胞（WBF344）和肺黑素瘤细胞（B16F10）黏附在传感器的金表面，通过测定压电谐振器频率与电阻的变化，用QCM实时检测了细胞黏附性。结果表明：这类压电传感器适合用于研究细胞黏附过程，并为识别和筛选对细胞形状、黏附有影响的生物活性药物及其他生物大分子提供了具有应用前景的监测工具。
4.2电化学传感器（张先恩. 2006）
电化学生物传感器主要由生物分子识别和信息转换部件两部分组合构成。其设计原理是待测物通过生物分子识别部件将被感知物质的非电信号转换成可测量的电信息，再经过放大信号处理，进行信号输出（图1）。其中识别器件主要用来感知样品中是否含有待测物质，转换器件则将识别器件感知的信号转化为可以观察记录的信号（如电流大小、频率变化、荧光和光吸收的强度等）。在待测物、识别器件以及转化器件之间由一些生物、化学、生化作用或物理作用过程彼此联系。当待测物与分子识别元件特异性结合后，所产生的复合物（或光、热等）通过信号转换器变为可以输出的申信号、光信号等．从而到分析柃测的目的.主要分为酶传感器，非酶传感器，介体生物传感器，直接电化学生物传感器和DNA电化学生物传感器。
4.2.1 酶传感器
酶传感器主要由固定化酶膜和变换器组成：固定化酶膜可以选择性地”识别”被检测的物质，并且催化被”识别”出的物质发生化学反应；变换器则把这一催化反应中底物或产物的变量转换成电信号，进而通过仪表显示出来。
酶传感器一般由固定化酶和电化学装置（电极）组合构建而成，所以又称为酶电极（enzyme electrode）。将葡萄糖氧化酶固定在能透过葡萄糖和氧的薄膜上，然后固定在氧电极的前端。当溶液中存在着葡萄糖时，葡萄糖在通过固定化酶膜时被葡萄糖氧化酶氧化。反应时需消耗氧气，而这种消耗量可用氧电极测定到。由于固定化葡萄糖氧化酶的稳定性极高，一张固定化酶膜可以使用一年以上，所以检测费用很低。
4.2.2非酶生物电极
包括：微生物电极、免疫电极、生物亲和电极、组织电极、杂合生物电极
4.2.2.1 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3 种类型：（1）利用微生物体内含有的酶（单一酶或复合酶）系来识别分子，这种类型与酶电极类似；（2）利用微生物对有机物的同化作用，通过检测其呼吸活性（摄氧量）的提高，即通过氧电极测量体系中氧的减少间接测定有机物的浓度；（3）通过测定电极敏感的代谢产物间接测定一些能被厌氧微生物所同化的有机物。微生物电极传感器在发酵工业、食品检验、医疗卫生等领域都有应用。例如；在食品发酵过程中测定葡萄糖的佛鲁奥森假单胞菌电极；测定甲烷的鞭毛甲基单胞菌电极；测定抗生素头孢菌素Citrobacterfreudii 菌电极等等。微生物电极传感器由于价廉、使用寿命长而具有很好的应用前景，然而它的选择性和长期稳定性等还有待进一步提高。
4.2.2.2免疫传感器
免疫传感器是依赖抗原和抗体之间特异性和亲和性，利用抗体检测抗原或利用抗原检出抗体的传感器。并非所有的化合物都有免疫原性，一般分子量大、组成复杂、异物性强的分子。但免疫传感器更适合于研制能连续、重复使用的毒剂监测器材。免疫分析法选择性好，如一种抗体只能识别一种毒剂，可以区分性质相似的同系物、同分异构体，甚至立体异构体，且抗体比酶具有更好的特异性，抗体-抗原的复合体相对稳定，不易分解。
4.2.2.3生物亲和电极
生物亲和电极是基于两种物质对某种物质的亲和性不同而设计的传感器。由Ikariyama等将4-羟偶氮苯甲酸（HABA）固定在氧电极上，用过氧化氢酶标记抗生物素蛋白，抗生物素蛋白再与HABA 结合，挂在氧电极表面.由于生物素对抗生物素有更高的亲和力，当样品中含有生物素时，生物素取代HABA与抗生物素结合，使抗生物素游离下来，从而减少了氧电极表面的酶量。洗去反应液，加入H2O2，经过电极输出电流强度可以知道还有多少酶存在，由此推算出样品中生物素浓度。
4.2.2.4组织电极（组织传感器）
直接采用动植物组织薄片作为敏感元件的电化学传感器称组织电极传感器，其原理是利用动植物组织中的酶，优点是酶活性及其稳定性均比离析酶高，材料易于获取，制备简单，使用寿命长等。但在选择性、灵敏度、响应时间等方面还存在不足。动物组织电极主要有：肾组织电极、
肝组织电极、肠组织电极、肌肉组织电极、胸腺组织电极等。植物组织电极敏感元件的选材范围很广，包括不同植物的根、茎、叶、花、果等。植物组织电极制备比动物组织电极更简单，成本更低并易于保存。
4.2.2.5杂合生物电极
杂合生物电极是分子识别元件中含两种或两种以上不同源的生物活性材料，能测定某一特定底物的电极。
4.2.3介体生物传感器（金利通等.1995）
前述的电流型生物电极多以分子氧作为生物氧化还原反应的电子受体，在环境缺氧或者环境氧分压不断变化的时候，测定显然会遇到麻烦，如果用某种物质取代O2、H2O2，在酶反应和电极之间进行电子传递，便能够避免上述问题，这种物质就是化学介体，利用这种原理构成的传感器便称为介体生物传感器。这种传感器利用一些氧化还原介质在酶和电极之间进行电子转移，不但可以较好地解决上述问题，而且能降低工作电位，缩短响应时间，提高酶电极的选择性和重现性。但目前研究的此类酶电极都存在着介体容易流失、一些还原性较强的如抗坏血酸、尿酸等的干扰和电极污染等不足。金利通等人采用羧酸二茂铁碳糊修饰电极为基体电极，在此电极上固定葡萄糖氧化酶，并敷一层浸有Nafion的尼龙网制成葡萄糖化学修饰电极传感器。该传感器采用羧酸二茂铁作为葡萄糖氧化酶与电极之间的电子传递体，不仅具有介体型传感器的优点，而且能克服此类传感器的不足。利用碳糊的憎水性能防止介体流失到溶液中去，一层浸有Nafion的尼龙网既防止酶层脱落、介体流失，又能减少电极污染，提高抗干扰能力，为介体修饰葡萄糖生物传感器的研制提供了一种新方法。
4.2.4直接电化学酶电极（张先恩. 2006）
电化学生物传感器可分为三代：第一代为经典的电化学生物传感器，以酶电极作为代表；第二代为介体酶传感器，解决了对氧的依赖和电极活性物质的干扰问题；第三代为直接电化学酶电极，主要解决酶等生物识别元件与电极之间的低效率通讯问题。
与经典酶电极和介体酶电极相比，直接电化学酶电极既不需要氧分子，也不需要化学介体分子作为电子传递体，通常还不需要固定化载体，而是将酶分子直接吸附固定到电极表面，使酶的氧化还原活性中心与电极直接”交流”，能够更快地进行电子传递，从而使酶电极的响应速度更快、灵敏度更高，成为真正”无试剂分析”。进行直接电化学反应的酶类和蛋白质类：化还原酶类，红蛋白、肌球蛋白。
4.2.5 DNA电化学传感器（毛斌等. 2009）
4.2.
5.1 原理
DNA电化学传感器是由一个支持DNA片段（即DNA探针）的电极（包括金电极、玻碳电极、热解石墨电极和碳糊电极等）和电活性杂交指示剂构成。DNA探针一般是由20~40个碱基组成的核苷酸片段，包括天然的核苷酸片段和人工合成的寡聚核苷酸片段。将ss-DNA修饰到电极表面，构成DNA修饰电极，由于电极上的探针DNA与溶液中的互补链（即靶序列）杂交的高度序列选择性，使得DNA修饰电极具有极强的分子识别能力。DNA探针分子与靶序列杂交，在电极表面形成ds-DNA，从而导致杂交前后电极表面DNA结构的改变，这种杂交前后的差异可用杂交指示剂来识别，从而达到检测的目的。DNA电化学传感器具有快速、灵敏和价廉等优点，是目前DNA传感器中最成熟的一种，其工作原理如图所示。
4.2.
5.2 DNA电化学生物传感器的应用现状
将DNA电化学生物传感器在各个领域的研究进展简要介绍如下：
4.2.
5.2.1 在医学上的应用
4.2.
5.2.1.1 细菌及病毒感染类疾病诊断
在传统方法中，细菌及病毒感染类疾病是通过血液体外培养来诊断的，这需要几天甚至几十天的时间．严重延误了疾病诊疗。利用DNA电化学生物传感器可快速检测细菌和病毒，Hashimoto等利用光刻微细加工技术刻蚀出0．3 mm的固定DNA探针微金膜电极，应用于测定乙型肝炎病毒。4.2.5.2.1.2 基因诊断
Millan等用ssDNA修饰了碳糊电极，用该传感器测定了l8个碱基长度的囊性纤维变性基因序列。Wang等对肿瘤抑制基因p53进行检测。取得满意的结果。Wang等提出以肽核酸（PNA）代替ssDNA 作为探针修饰到电极表面，已证明PNA与互补核苷酸的杂交特性．在很多方面显示出优于ssDNA的性能，有望被很好地用于基因诊断。
4.2.
5.2.1.3 DNA损伤研究
DNA损伤物质的监测属于早期诊断和预防重大疾病的重要步骤之一。孙星炎等以石墨电极为基底电极，研究了在不同致突变因素（包括紫外光照射、亚硝酸）的作用后，特定碱基序列的DNA与电极表面的ssDNA能否杂交及杂交程度．以此来探讨DNA突变情况及可能的突变机理。Wang等直接固定dsDNA，制备出微型电化学传感器，通过探讨紫外光辐射引起的DNA中鸟嘌呤氧化峰信号的变化，检测DNA的损伤。
4.2.
5.2.1. 4 药物检验
DNA传感器在药物分析中的应用也越来越受到关注。Brett等利用DNA修饰电极建立了对抗癌药卡铂的测定方法：Ovfidekovfi等人利用DNA修饰电极研究了黄连素对癌细胞基因的作用：Kerman
等人建立了一种新型的杂交检测方法．有望用于制药和临床诊断；Gu等人研究了一种新型的碳糊电极可检测抗早孕药物米非司酮。
4.2.
5.2.2 在环境监测中的应用
4.2.
5.2.2.1 环境有机物的监测
Wang等报道了测定肼类化合物的电化学DNA传感器，能灵敏测定水中的不同肼类化合物．检测限为1 × 10 g／mL。还研究了用于芳香胺类化合物测定的DNA传感器，对芳香胺类化合物的检测限可达到纳摩尔数量级。Brett等人研究了DNA电化学生物传感器，可检测三嗪衍生物引起的环境污染物。
4.2.
5.2.2.2 环境病原微生物的监测
大肠杆菌（E．coli）是一种致病菌，常会引起腹泻等疾病．Wang等利用丝网印刷转换器，研制了测定环境中E．coli DNA序列的电化学生物传感器。
4.2.
5.2.2.3 重金属离子的监测
DNA和重金属离子相互作用机理，是研究重金属对DNA产生毒效作用的关键。也是近年来活跃的前沿研究领域之一。干宁等人利用DNA电化学生物传感器测定水中痕量铅，检测限为2．0× 10-8mol ／L。
4.2.
5.2.3 食品工业
4.2.
5.2.3.1 转基因食品的检测
杜晓燕等将生物素标记的ssDNA通过生物素一亲和素体系固载到铂电极上．识别转基因食品中的特异DNA序列．该方法检测灵敏度高。
4.2.
5.2.3.2 食品新鲜程度的检测
文献报道上海科学家研制出新型DNA电化学生物传感器。能灵敏地检测细胞中的能量分子三磷酸腺苷（A TP）的含量。人工合成的DNA只要碰上ATP，双螺旋结构就会解链。导电性增强，因此只要测出电流的大小，就能知道A TP的含量。该传感器可用于快捷地检测食品的新鲜程度。
4.2.
5.2.4 基因芯片
基因芯片是将分子生物学技术与半导体工业的微型制造技术结合，把巨大数量的寡核苷酸、肽核酸或DNA分子固定在一块面积极小的基片（如：硅片、玻片或尼龙膜等）上构成。经典的芯片检测一般采用同位素或荧光染料为信号报告分子，但都存在一定的缺点，如：灵敏度低、特异性不高、操作复杂、耗时长、有污染、需避光、半衰期短、易淬灭及不易检测等。从而长期制约着基因芯片的更为广泛地应用和发展。因此寻求一种更安全、更方便简单、更灵敏特异的信号分子或检测手段是芯片技术研究的难点和热点。DNA电化学生物传感器技术具有诸多优点。其研究对完善DNA芯片技术是有益尝试。Devaraj等人设计了一种简易而直接的固定寡核苷酸表面阵列的方法，他们将带有乙烯基的寡核苷酸与金电极表面叠氦功能化的自组装单分子层作用．得到高度有序、选择性好的DNA阵列。除了上述领域，DNA电化学传感器的研究应用范围还在不断拓宽，例如蒋晓华等人研究了DNA一过氧化聚吡咯生物复合膜传感器。可用于检测神经递质。
4.2.
5.3展望
电化学DNA传感器的研究工作开辟了电化学与分子生物学的新领域。为生命科学的研究提供了一种全新的方法，在遗传疾病诊断、病原微生物检测、转基因生物检测等方面显示了广泛的应用前景。目前，尤其在国内还处于起步阶段。电化学DNA生物传感器的研究将主要集中在以下几个方面：1）优化电极结构及ssDNA的固定技术，例如发展自组装修饰技术等，提高ssDNA的固定效果；2）结合其它技术如纳米技术等，获得更高灵敏度的检测；3）继续深人研究其在临床基因诊断、药物筛选等方面的应用；4）寻求其它技术与DNA电化学生物传感器的结合．拓展其研究应用领域；5）应用肽核酸（peptide nucleic acid，PNA）取代ssDNA，以提高传感器的稳定性；6）实现人工智能化、微型化、商品化，使此类传感器渗透到人们的生活实践中。
4.3热生物传感器（梁振普等.2002）
生物体是由无机的和有机的分子组成的，这些分子在相互反应的同时也伴随着能量的交换，其中热能的交换是最为常见的形式之一。因此量热分析方法在生物测量中具有广泛的适用性。虽然有些反应几乎不产生热，如用胆碱酯酶水解乙酰胆碱，其焓变接近于零，但是这个反应仍可以用量热的方法进行检测，例如通过水解步骤产生质子，此质子能使质子化焓变大的缓冲液质子化，因而使总的过程成为放热的反应。热生物传感器（calorimet ric biosensor）的研究历史相当久远，其发展过程可以大概分为如下5 个历史阶段：简单分析系统、经典分析系统、小型分析系统、微型分析系统和杂合分析系统。近年来研制出的热生物传感器多采用了固定化酶（immobilized enzyme）技术和微加工技术。这种方法将量热的广泛适用性、酶学反应的专一性以及微器件的特殊优点结合了起来，因而成为这类传感器的主流，与其它分析方法相比较，量热分析方法具有其独特的优点：适用于大多数生物样品的分析；不受光、电化学物质等干扰因素的影响；引入参比部件，外界对测
量结果的影响很小；固定化酶部分可以更换，器件可以重复使用；便于采用流动注射技术（flow injected technology），操作简单。随着各种性能优越的新型量热器件的问世，近年来热生物传感器正越来越广泛的应用于临床医学、环境监测、食品卫生、工业过程监测等方面。
4.3.1 基本原理
此类生物传感器的核心部分是酶柱（enzyme column），通常采用固定化酶的形式。固定化酶通常被填充在热绝缘性好的有机材料或金属做成的柱子内，产生的热通过热的良导体，如，金属管，导出反应柱，并通过固定在金属管外的热传感器测量其温度变化。一个酶柱通常使用两个热敏元件，一个在出口处，测量反应后的酶柱温度；一个在入口处，为出口处的温度值提供一个参比温度值。热生物传感器是根据生化反应产生的热量的多少对待测物质进行定量的。如果反应体系是绝热体系，则反应产生的热会使酶体系温度升高，通过测量体系的温度变化便可推知待测物的含量。若生化反应放出的热量全部用于反应体系的温度升高，则满足下列关系式：Δ T = - nΔH/ CS。式中n 为产物的摩尔数；ΔH 为生化反应的焓变；ΔT为反应体系温度的变化；CS 为反应体系的热容量。由此式可见温度变化与底物浓度呈线性关系。当样品溶液通过蠕动泵进入反应器时，由于生化反应放热，便会产生温度峰。正常情况下峰高或面积可以作为待测物浓度的量度。但是，在实际的测量系统中，酶柱出口和入口处的温度差要小于绝热体系的温度变化。这是因为装置中所采用的流动注射系统损失了一部分热量。为了精确地检测反应中微小的温度变化，必须减少热量的损失，降低酶柱的热容量，提高热敏元件与酶柱的热交换效率。
4.3.2 应用
经过几十年的发展，热生物传感器已经是生物分析领域的主角之一。特别是近二十几年来，随着技术的不断进步，工艺的逐步改进，这类传感器的性能越来越优越，它在工业过程监测、医疗卫生、食品、环境等方面的应用也越来越多。
4.3.2.1 临床应用
这类生物传感器在临床上常常用于检测代谢物的浓度。比如，人类血液中的代谢物与人的健康状态密切相关，所以在医学上，检测病人的血液情况是非常必要的。被检测的代谢物常常是乳酸、尿素、葡萄糖等。用固定化尿酶测定血清中的尿素的方法已有几例报道。Danielsson 等曾报道了一种线性范围较宽的方法。由于该方法是将血清样品稀释10 倍后测定的，对多数样品浓度均可降0. 3～10 mmol/ L范围，这样对酶的失活可起到显著的限制作用，所以酶柱工作的稳定性高。每个样品测定时间为2～3min ，相对标准差为1 % ，这种酶柱已用于临床，一个酶柱可用数月或几百次。检测常用的方法有：离体检测、在线检测、多底物同时检测、杂合型检测等。
4.3.2.2 工业过程控制和发酵分析
热生物分析器件最有希望的应用领域之一是过程控制和发酵分析。随着生物技术的发展，可以预料在线测定反应过程中形成的或消耗的特定成分的方法将愈来愈引人注目。在发酵过程中很需要对原料和中间产物以及生成物质等的浓度连续测定用以控制过程的进行。在这一方面，酶热敏电阻最为适用。用酶热敏电阻对糖、青霉素等的监测和控制已有报道。
4.3.2.3 酶活检测
热传感器在酶活测定方面的优势已经引起分析生物学和分子生物学界的广泛重视。例如，固定化脂蛋白酶与磷酸三丁脂和环己胺的反应活性可以用酶热敏电阻做比较.可以检测出山葵过氧化物
酶在甲苯中放出比水中高的多的热信号。Danielsson等人发现温度响应与酶活之间存在线形关系，约在0. 01～0. 1 U/ mL 范围。用量热法测定酶的活性对临床诊断，酶纯化过程的监测都是很有用的。虽然这种方法灵敏度低，但具有使用廉价的底物和样品不必处理的优点。
4.3.2.4 环境监测
热型生物传感器也可以用于连续或不连续的环境监测，后者起着对毒物的报警作用。有两种测定方法：一种是以对生物活性物质的活性抑制为基础的测定方法，生物活性物质的活性受到抑制后，其焓变减小，即焓变随抑制物浓度的增加而减小，曾利用Hg2+对尿酶的活性的抑制作用，用尿酶热
敏电阻对Hg2+进行测定，可得到0. 2μg/ L ；另一种是以污染物作为酶的底物而进行测定的方法，用硫氰酸酶热敏电阻测定氰化物就是利用这种方法的测定实例。测定有毒物质也可采用完整细胞、细胞器或多酶体系。
4.3.3 展望
面对热生物传感器具有的种种优点，有越来越多的分析生物学家正表现出极大的兴趣。可以说在过去的几十年里，热生物传感器已经取得了相当辉煌的成就，但是不得不承认对它的认识还很浅薄。可以预料的是，随着科学技术的发展，量热传感器在理论及设计方面将越来越合理；随着人类生活水平的提高，小型及微型热生物传感器将是量热分析领域的最为活跃元素。目前，人类正处在令人振奋的信息时代，在这个时代里不但有先进的电子计算机和电信网络，而且基因组学和蛋白质组学将提供大量的前所未有的人类奥秘。不难想象，这两大技术革命将成为新一代量热传感器的两条腿，推动它向一个全新的境界阔步迈进。早在微型器件诞生之初，国际上有远见的分析科学家已经提出了将之与计算机相结合的想法。其实，这种量热器件不仅可以作为未来计算机的一个附带器件，还可以安装在移动电话上面1这类新型传感器有其”先人”所望尘末及的优点：可以利用计算机方便快捷的处理实验结果、实现了傻瓜操作、通过网络可以方便的收发信息实现远程医疗。只要持有这种传感器，不论人在什么地方患了疾病，只要取几微升的体液加入反应室，按几个键，便可以获得有关疾病的信息，还可以通过电信网络将实验结果发给私人医生，以获得医疗建议或处方。虽然目前还没有成熟的此类产品面世，但是可以相信这类传感器件将会在未来的分析舞台上大放异彩。
4.4压电晶体生物传感器（张波等.2004）
压电石英谐振测量技术是20 世纪60 年代建立起来的一种新型测量技术。在20 世纪80 年代压电石英晶体在液相稳定振荡获得成功后，压电石英谐振测量技术才开始广泛应用于生物传感器领域。压电石英谐振测量技术对晶体表面（电极表面）质量负载的变化和石英晶体所处体系的性状如溶液的密度、粘度、电导率、介电常数等的变化非常敏感，具有ng 级的质量检测灵敏度，能够敏感地测量微观反应过程中的微小变化并转化为可以定量检测的频率信号，为获取反应体系丰富的实时在线信息提供了一种简单、快捷的可靠手段。因此，近年来压电石英晶体传感器发展迅速，出现了许多种类、不同类型的压电石英晶体生物传感器，已广泛应用于医学诊断、环境监测、食品卫生检验以及工业生产等领域，受到生物学家和工程学家的高度重视，成为生物传感器领域研究的热点之一。
4.4.1 压电石英晶体传感器的基本原理
压电石英晶体传感器是利用石英晶体作为基底的体声波器件在厚度剪切模式振荡过程中与周
边环境的相互作用，由器件超高频声波的声电阻抗谱、频谱或相位等参量变化对环境介质如质量、粘弹性、导纳、介电或流变特性等物理化学性能作出相关应答并转换成相应的检测信号。
4.4.2压电石英晶体生物传感器的应用
4.4.2.1在医学实验诊断方面的应用
4.4.2.1.1压电石英晶体免疫传感器
它是利用石英晶体微天平对表面质量负载的高度敏感性和抗体特别是单克隆抗体与其相应抗原之间的特异识别功能相结合的生物传感器。应用中一般采用固定抗体来检测抗原，应用较多的是单克隆抗体。单克隆抗体是针对抗原某一决定簇的抗体，只与其相应的抗原决定簇结合，有效地避免了抗原抗体交叉反应的出现，赋予了压电石英晶体免疫传感器对检测物质的特异识别并结合的基础。近年来，压电石英晶体免疫传感器应用于医学实验诊断的报道很多。
4.4.2.1.1.1 用于致病微生物如细菌、病毒、衣原体等的检测
准确、快速的细菌检测具有重要的临床应用价值。Carter 等利用基频10MHz 的压电免疫传感器快速检测O 139 血清型霍乱弧菌，最低检测限是105 个/ml。Park 等利用Sulfosuccinim idyl62[ 3’-（2-pyridyldith io ）propionamido ] hexanoate （Sulfo2LC2SPDP）自组装技术把巯基化的沙门氏
菌抗体固定在10MHz 压电石英晶体表面，提高了检测的灵敏度、特异性以及重复使用次数。Ben 等研制了一种检测尿液中沙眼衣原体的石英晶体免疫传感器，他们同样利用生物自组装技术在石英晶体电极表面制备抗体敏感膜。检测尿液标本的线性范围为260ng/ml～7. 8μg/ml。病毒的体外培养相对比较困难，快速诊断方法少。目前病毒的临床实验诊断开展尚不多。压电免疫传感器的出现为病毒的快速诊断提供了一种新的手段。有人将H IV 某抗原表位的人工合成肽固定于石英晶体电极表面，检测体液标本中的H IV 抗体；也有学者先采用人工合成单纯疱疹病毒Ⅰ、Ⅱ型、带状疱疹病毒、巨细胞病毒、EB 病毒、人疱疹病毒26型等人疱疹病毒的各自特异抗原肽，制备相应的单克隆抗体，单克隆抗体通过蛋白A 固定在10MHz的压电石英晶体金电极表面制成免疫敏感膜，检测样品中的病毒颗粒。结果显示免疫传感器的稳定性好，该方法的线性检测范围为5×104～1×109个病毒/英晶体表面，在室温可保存8 周，传感器经再生后可重复使用18 次。国内吴朝阳等研制了检测日本血吸虫的石英晶体免疫传感器，该传感器能较好地定量区别血吸虫感染程度。
4.4.2.1.1.2 体液蛋白质的定性与定量检测
利用压电石英晶体免疫传感器检测蛋白质研究最多的是定量检测人免疫球蛋白如IgA 、IgG、IgM、IgE 等。这类压电石英晶体免疫传感器的基本原理相似，用各种免疫球蛋白的抗体固定在石英晶体金电极表面制成免疫识别敏感膜。Su 等用压电石英晶体免疫传感器检测IgE，传感器的检测范围为5～300 IU/m l。传感器用尿素和甘氨酸再生后可重复使用5 次，其灵敏度和特异性无明显下降。叶为全等利用412MHz 的金膜压电石英晶体，把抗体通过γ2氨基丙基三乙氧基硅烷（γ-amino propyl tri ethoxy sillane APTES）固定在晶体金膜表面，检测人血清中IgG的含量。有人用鱼精蛋白作为分子识别元件制作了检测IgM 的免疫传感器，其检测范围为5～93μg/ml，检测结果与免疫扩散法一致。
目前用压电石英晶体免疫传感器检测激素、尿液中蛋白质也有报道。有人把胰岛素的特异性抗体固定在晶体电极表面，检测血液中胰岛素的浓度。这种免疫传感器的最低检测限为1μg/m l。M u rat sugu等用抗人白蛋白的抗体作为识别分子，研制了一种检测尿液微量白蛋白的石英晶体免疫传感器，该方法检测的线性范围为0.1～100μg/m l。正常人尿液中白蛋白的含量为8. 84±9. 15μg/m l，因此，压电石英晶体免疫传感器灵敏度完全达到了检测微蛋白尿的要求。另外，用压电石英晶体免疫传感器定性检测人血清中癌胚抗原（Carcino2 embryoic antigen，CEA）、甲胎蛋白（Alpha feto protein，A FP），取得了满意的结果。
4.4.2.1.1.3 噬菌体肽库的亲和筛选
噬菌体肽库技术是一种基因表达筛选技术，为生物分子相互作用的研究提供了新的手段。噬菌体克隆的富集和亲和筛选方法对于该技术的实际应用至关重要，目前常用的方法有EL ISA、Western blot 分析等。德国学者Arne 等.首先尝试了应用压电石英晶体传感器筛选噬菌体肽库的研究。他们的做法与压电石英晶体免疫传感器类似，事先把目的分子固定在20MHz的金膜石英晶体表面，再与噬菌体肽库稀释液作用，野生型噬菌体作为阴性对照。结果表明压电石英晶体传感器筛选方法与ELISA亲和筛选法比较，灵敏度高、特异性强，耗时少，操作简单。
4.4.2.1.2压电石英晶体基因传感器
它利用石英晶体振荡频率变化对晶体表面质量负载的高度敏感性与核酸单链互补杂交的特异性相结合的一类质量效应型压电石英晶体传感器。这一领域的研究由Fawcett 首先开创，他发现压电石英晶体表面固定寡核苷酸与靶核苷酸杂交后会引起晶体振荡频率的显著变化，并利用晶体振荡频率的变化测定靶核酸的量。目前该领域的研究比较活跃，相关报道很多。Yoshio 等利用27MHz 的石英晶体制成压电核酸传感器，研究了10～30个寡核苷酸片段探针的固定、杂交、探针长短、杂交溶液离子浓度以及杂交动力学的情况，建立了一种灵敏、特异的核酸检测新方法。
Niikura用生物素-亲合素固定方法，将模板和引物固定在27MHz 的压电石英晶体金膜电极上，在电极上直接进行PCR 反应，可以在液相实时定量监测PCR 的每一步反应。为了提高方法的灵敏度和特异性，有人尝试了引物模板杂交后引物链的延伸反应，使杂交结合的短探针以靶基因为模
板逐步延伸，从而导致表面质量负载的增加，检测灵敏度明显提高。Wang等利用肽核酸作为探针，实现了单碱基错配的实时辨析，且杂交时间也缩短到3～5min，使压电基因传感器的特异性显著提高。目前有学者研制了一种检测耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌的耐药基因的压电石英晶体微阵列传感器。
4.4.2.1.3用于凝血检查的压电石英晶体传感器
这类传感器属于非质量效应型石英晶体传感器，它是利用石英晶体振荡频率变化对晶体所处体系液体的密度和黏度变化的高度敏感性来检测体系性状的改变。Si 等报道了利用红细胞阻抗特性的变化引起压电石英晶体传感器响应频率改变来检测红细胞沉降速率的压电石英晶体阻抗传感器。当红细胞凝集或沉降特性改变后，将导致溶液电导率的变化，检测石英晶体的频率变化就可反映红细胞的凝集时间和沉降速率。Cheng 等研制了血浆凝血酶原时间和全血凝血时间检测的压电石英晶体传感器，利用血浆凝集反应过程中晶体所处体系密度和黏度改变引起的频率变化来确定凝集反应的起点和终点。目前也有人报道了应用乳胶凝集方法检测类风湿因子、抗”O”抗体的压电石英晶体传感器。与传统检测方法相比灵敏度高、操作简单、快速、成本低廉。
4.4.2.2在环境监测、食品卫生检验中的应用
4.4.2.2.1食品、饮用水中肠道菌的监测
食品、饮水中肠道菌群是卫生监控的一个重要指标。1992 年Plomer 等研究了一种可以检测饮水中常见肠道细菌如大肠杆菌、志贺氏菌、沙门氏菌等的压电免疫传感器。他们找到肠道革兰氏阴性细菌的共同抗原并制备成单克隆抗体，单克隆抗体用蛋白A （Staphy-lococcal protein，A SPA ）固定在10MHz 的石英晶体电极表面。研究中以检测大肠杆菌为例，细菌浓度在106～109μg/m l 范围内，免疫传感器都能正确检测。这种免疫传感器的出现为环境监测、食品卫生检验提供了一种新的快速肠道菌检测方法。
4.4.2.2.2水源和土壤中出草剂、杀虫剂残留物的检测
除草剂、杀虫剂在农业生产中广泛使用，但其残留物对水源和土壤存在污染，如何快速、准确测定残留物浓度是环境监测面临的一个重要课题。1997 年Steegborn 等研制了一种检测除草剂atazine 的压电石英免疫传感器。其基本原理是通过竞争分析来检测水中atrazine 的浓度。一种检测杀虫剂2，4-dichlorophenoxyacetic acid （2，4-D ）的石英晶体免疫传感器已研究成功，利用2，4-D 的单克隆抗体包被晶体金电极，检测水中2，4-D的水平达到ppb级。最近，有人报道了利用压电石英免疫传感器检测恶英，其检测范围为0.01～1.3μg/m l。压电石英免疫传感器是检测杀虫剂、除草剂等残留物的一种快速、简单、灵敏的方法。
4.4.2.2.3 食品中细菌毒素的检测
很多细菌能分泌外毒素，这些毒素是细菌重要的致病因子，如金黄色葡萄球菌的肠毒素可引起急性胃肠炎症；肉毒杆菌分泌的肉毒毒素能致人死亡。如这些细菌污染食物后，会分泌大量的毒素残留在食物中，食用后会对人体产生很大的危害，乃至危及生命。因此细菌毒素的检测是食品卫生监督常用的重要指标，目前细菌毒素检测仍较困难。1997 年Harteveld 等研制了一种检测金黄色葡萄球菌的肠毒素B 的压电石英免疫传感器。他们用金黄色葡萄球菌的肠毒素B 的多克隆抗体固定在20MHz 的石英晶体金电极表面，采用流动注射技术进行检测。最低检测限为0. 1μg/m l。国内也有类似报道。该方法检测时间短，能实时检测。
4.4.2.3在工业生产中的应用
压电石英晶体生物传感器具有实时检测，在线信息获取方便，灵敏度高等特点，对于食品、酿酒、饮料等生产流程各环节的实时情况监测提供了方便、快捷的手段。这方面的报道不多，但可能是压电生物传感器潜在的发展方向。台湾学者W u 等研制了一种检测不同气体的压电石英晶体生物传感器，并取得了满意的结果。他使用9MHz 的金膜石英晶体，把从牛蛙分离得到的嗅觉受体蛋白固定在金膜表面，检测挥发性液体如己酸、醋酸异戊酯、葵醇、紫罗酮、沉香醇及己酸乙酯等，传感器的灵敏度达到10- 7 g，与人鼻子的阈值水平一致，有人把它称为”电鼻子”。为酿酒
和白酒的勾兑提供了一种新方法，有望应用于工业生产。
4.5半导体生物传感器（张宏绪.1989）
生物电化学传感器检测高分子化合物。尽管有其简便、特异及无需前处理等优点，但它的体积大、价格高，而且一般只能做单个项目的检测。因此，分析领域非常需要微型多功能性生物传感器。FET可实现微型及多功能等要求，很适于做它的能量转换元件。1970年，Bergeld提出将MOSFET 去掉金属栅极代之涂以敏感膜，使之成为ISFET，以后又研究了酶在FET上的固定技术，Tanata将酶与FET结合固定化成为酶FET。1980年制成测定青霉素的FET。近年出现了数种半导体生物传感器，研制工作发展很快。半导体生物传感器与电化学生物传感器相比有若干优点：（1）半导体元件可以制成微型传感器，既可检测微量样品又可埋入体内进行监测。微型化也包括线路的集成化。（2）用酶量减少，使传感器价格低廉。（3）在一块硅片上可以使多个传感器集成化，实现了多种物质的同时测定。（4）本身阻抗低，因此，减少了噪音及放大器所造成的不稳定性。（5）灵敏度高、响应快。
4.5.1 原理：
以PH-ISFET来说明其测定原理：将对氢离子敏感的酶FET插入待测溶液之中，由于酶催化反应使得溶液中氢离子浓度发生变化，从而引起ISFET Si3N4界面的电位改变，此电位与溶液的PH成比例，即膜与溶液界面离子浓度产生了Nernst响应。将上述电压变化输入到差动放大器中，输出后即可测定。
4.5.2 应用
利用FET作为转换器的半导体生物传感器，有测定电位的氢离子浓度ISFET、Pd-MOS；测定电流的半导体微型氧电极、半导体微型过氧化氢电极组成的传感器。
4.5.2 .1 PH-ISFET类
将ISFET做PH电极用时，其栅极绝缘膜表面组成不同，则其离子选择性也不相同。利用这一特点便可测定各种物质。
4.5.2 .1.1 中性脂质FET
它可用于血清脂质的定量以诊断动脉硬化症。测定脂质的现行方法烦杂且测定时间长。用生物电化学传感器测定脂质时灵敏度也不高。因此，提出了新的方法，即将脂蛋白脂肪酶（LPL）以共价结合法固定在一个450μm×5.5mm的ISFET的栅极表面。由于酶的催化反应生成有机酸使溶液PH下降，进而引起栅极电压的变化，此电压变化与待测脂质的含量成正比例。
4.5.2.1.2 尿素FET
上述中性脂质传感器使用一支ISFET，而尿酸FET使用2支ISFET。其中一支按前方法固定尿素酶；另一支ISFET不固定酶或固定已失活的尿素酶作为对照，由这2支ISFET差动放大回路的输出测定其结果。这个差动输出以时间变化记于记录器上，差动输出可以自动补偿温度变化引起的变差及漂移，另外注入样品时伴随的界面紊乱也可以得到补偿。
4.5.2.1.3氨基酸FET
使用嗜热菌产生的酶作为敏感元件可与ISFET结合，已经出现了几种氨基酸FET。如苏氨酸及谷氨酸FET。嗜热菌对热的作用稳定，并对PH喝化学变性剂有高度的耐受性。所以，若把它应用与生物传感器中，则可望提高传感器的特性与寿命，使用嗜热菌产生的酶和ISFET结合，可以出现新的传感器。
另外，还有青霉素FET、味觉细胞FET等。
4.5.2 .2 使用微型氧电极及过氧化氢电极的酶FET
利用硅异向性（腐刻法）的微型装置在生物传感器中已受到重视。前已述及的PH-ISFET只适用于能产生PH变化的传感器，还有许多待研究的传感器需要使用氧电极，所以，要以氧电极做为转换器。一般使用的是Clark氧电极，由于本身构造的限制，它体积大难以微型化。如果利用硅的异向性则可将半导体制成微型氧电极，从而实现生物传感器测量氧电流方式的微型化，扩大了它的应用范
围的目的。它是以腐刻法与IC技术结合开发研究的。
4.5.2.2.1用微型半导体氧电极的葡萄糖FET
这个传感器中酶是通过含有三氨基的三醋酸纤维素固定的。固定后再将它安装在微型氧电极的聚四氟乙烯膜上，及成葡萄糖FET。测定时在固定的葡萄糖氧化酶膜附近氧被消耗，则可测定氧的减少量，4~5分得到稳定的电流减少值，它与葡萄糖浓度成正比。
4.5.2.2.2用微型半导体过氧化氢电极的葡萄糖FET
葡萄糖氧化酶的催化反应，反应物氧被消耗，生成过氧化氢。课件除了测定氧的消耗之外，还可以用过氧化氢传感器测定生成的过氧化氢。它也是用半导体的加工技术制成的，即是将一支金电极沉积在硅片上而制成。电极间电压在-1.5V~+1.5V范围变化，连续测定时在1.1V附近H2O2被氧化，电流的增加在H2O2浓度为1.0mM以下时两者成比例。响应时间为1分。它优于微型氧电极，而且不用参比电极，电极构造及测定系统也很简单。
4.5.2 .3 其他半导体生物传感器
4.5.2.3.1 多功能半导体生物传感器---复合酶传感器
在一块硅片上制作几个ISFET和参比ISFES的金属膜，在各个ISFET上安装上各自不同的固定化酶膜，用这样的单硅片就可以同时测定数种有机成分，成为单片复合酶传感器。如用2个PH-ISFET 各自固定尿素酶与葡萄糖氧化酶做测定电极，第三支PH-FET不固定酶，装在两个电极之间，以差动方式输出信号测定葡萄糖与尿素。
4.5.2.3.2 Pd-MOS
它可作为选择性测定氢的气体传感器，这种半导体已用于生物传感器的生化分析。它是把能产生氧的菌固定于柱中，将产生的氢用Pd-MOS连续检测。通过固定化菌柱产生的溶存氢和载气混合之后，在透气膜上和缓冲液分离，然后被送到Pd-MOS上测定，可测定氢的浓度为0.05mM以下，测定时装置需要加热。另外，利用氢化酶和Pd-MOS组合可测定HAD（H），还可以把Pd-MOS制成对氨响应的传感器。
4.6 光纤生物传感器（蒲晓允等.2006）
以光纤传导和收集光信号进行生物检测的传感器称为光纤生物传感器（fiberoptic biosensor ，FOBS），这种传感器通过检测生物反应所产生的光，通过检测光的强度、振幅、相位等参数确定被检物质的量。与其他传感器相比，这种传感器具有抗电磁干扰能力强，不用参考电极，可以实现探头微型化以及用于遥测和适时检测等优点。
4.6.1 光纤生物传感器的类型
光纤生物传感器的类型较多，目前研究较多的有渐逝波、荧光型和光吸收型传感器等类型。4.6.1.1 渐逝波型传感器
当光照射到光纤表面时，并不能立即产生全反射，而是渗入光疏介质一定深度，这一现象叫作渐逝波（evanescent wave）。把处于测量场中的光纤外一小段包层去掉露出纤心，再在这段芯上涂上一层折射率小于纤芯折射率的物质，敏感包层对被测物进行吸附，使敏感包层折射率发生变化，或光在敏感包层中的传输损耗增大，光纤的波导结构发生变化，引起输出端光功率减小，这种减小与被测物浓度有关。基于渐逝波检测的主要特点是不受来自主体溶液的干扰，从而在分析检测中发挥巨大作用，因为不必将生物反应结合的生物成分与游离的成分分离，减少了实验步骤，缩短了检测时间。目前研究较多的一种光纤表面等离子体共振传感器也属于渐逝波模式的传感器。通过在光纤表面镀上一层金属薄膜，再将生物敏感材料结合到薄膜上，渐逝波与金属薄膜表面的自由电子相互作用，产生等离子共振，使传输光的光学性质发生改变。有两种形式的光纤表面等离子体共振传感器，一种是终端反射式，传输光需要经过2 次等离子共振反射回端面用光谱仪进行测量，另一种为在线传输式，传输光经过1次共振在出口端测量。测量的方法也可以用普通棱镜耦合式SPR 传感器类似的角度调制、波长调制、强度调制法进行测量。
4.6.1.2 荧光型传感器
通过测定特征荧光光谱对被测物进行定性和定量检测的传感器可以归入此类。这类传感器灵敏度高，发展很快。荧光的产生包括在激发光作用下物质本身产生的荧光或者通过标记的荧光物质产生荧光。夹层光纤传感器是一种荧光型传感器，将末端涂有试剂（如抗原）的光纤浸入溶液中来检测溶液里是否存在与试剂互补的物质（抗体）。若溶液中的确存在抗体，就会和抗原结合。将结合了抗体的光纤浸入含有被荧光标记的抗原溶液里，带有荧光指示剂的抗原会和抗体结合。在光纤的另一端加上光源，将返回一个荧光信号。待测试抗体浓度越高，就有更多的荧光标记抗原与其结合，返回的荧光信号越强。分子信标（molecular beacon）核酸传感器也是一种新近发展起来的荧光型传感器，在光纤纤心通过生物素亲和素系统固定与目标核酸互补的长约25nt 寡核苷酸探针，其空间结构呈茎环结构，其中环序列是与靶核酸互补的探针；茎长约5～7nt，由与靶序列无关的互补序列构成；茎的一端连上一个荧光分子，另一端连上一个淬灭分子（quencher）.当无靶序列存在时，分子信标呈茎环结构，茎部的荧光分子与淬灭分子非常接近（7～10nm），荧光分子发出的荧光被淬灭分子吸收并以热的形式散发，此时检测不到荧光信号；当有靶序列存在时，分子信标的环序列与靶序列特异性结合，形成的双链体比分子信标的茎环结构更稳定，荧光分子与淬灭分子分开，此时荧光分子发出的荧光不能被淬灭分子吸收，可检测到荧光信号。通过光纤传递的荧光信号经过过滤、放大，用光电管或者CCD 进行检测。
4.6.1.3 光吸收型传感器
光吸收型传感器的工作原理是根据被测物对特定波长产生吸收并对光吸收强度进行测量来测定被测物。产生的特定波长的光信号经过耦合到光纤，通过光纤传递到透镜，通过透镜把光转换成准直光并通过光纤传递到检测装置，根据检测到的特定波长的光强度可以测定被测物。
4.6.2 光纤生物传感器的应用
由于光纤生物传感器具有特异性强、检测灵敏度高等优点，在医学领域、环境检测、食品卫生、生化战剂等领域发挥着越来越重要的作用。
4.6.2.1 在医学领域的应用
医学检测是光纤生物传感器最重要的应用领域，因而发展很快。用于酶、抗原抗体以及核酸检测的传感器均有很多报道。Ruey An Doong 等将乙酰胆碱脂酶、异硫氰酸荧光素和葡聚糖用四甲氧基硅烷（tetra meth oxyl silane ，TMOS）制成的溶胶凝胶固定到光纤表面，酶的催化影响荧光的强度，通过检测荧光可以测定乙酰胆碱，通过调整TMOS ∶HCl ∶H2O 的比例以及缓冲液等措施，研制一种简单、准确、可靠的光纤生物传感器，由于神经毒剂对乙酰胆碱酯酶具有抑制作用，这种传感器还可以用于检测神经毒剂。Kishen 等用四乙基正硅酸盐（TEOS）制成凝胶，将溴苯酚混合在凝胶中，然后固定在除去包层的光纤表面，由于口腔中的变形链球菌分解蔗糖导致入射光光谱在597 nm 处呈现明显的吸收峰，通过此吸收峰的变化，间接检测到口腔中该菌的数量。Masson 等将乳酸氧化酶固定在具有脂质双层结构的细菌细胞膜上，细菌细胞膜组合到光纤氧电极上，这种乳酸传感器在检测心肌梗死、充血性心衰、肺气肿、出血等导致的乳酸升高具有较好作用，并且不受葡萄糖、果糖、谷胺酸等影响。Sergei 等将光纤去掉包层后镀上金膜，通过自组装技术将肌红蛋白和肌钙蛋白抗体连接到羟甲基化葡聚糖层，用这种方法制成光纤SPR 传感器检测肌红蛋白，其检测限达到209μg/ L ，肌钙蛋白检测限达到1. 4 μg/ L 。Masson 等在光纤上固相合成寡核苷酸，然后将荧光染料噻唑橙共价结合到寡核苷酸上，经过与目标核酸片段杂交，荧光强度明显增加。用这种方法制作成一种新型的DNA 生物传感器。国内中国科学院黄惠杰等研制了一种基于消失波原理的核酸传感器。通过将光纤纤心硅烷化后共价结合嗜肺军团菌核酸识别分子将其置于标记了Cy5 荧光染料的目标嗜肺军团菌核酸溶液中进行杂交反应，然后进行荧光检测，结果表明，对纯净的Cy5 荧光染料的极限检测灵敏度达到0.01 nmol/ L ；在0.01～100nmol/ L 浓度范围内具有良好的线性响应特性；对0.01μmol/L 标嗜肺军团菌核酸的检测信噪比达到4.61；与商品化生物芯片扫描仪的检测结果不仅具有良好的一致性，而且响应特性优于后者。光纤生物传感器还用于检测pH值、血液葡萄糖、
端粒酶、巨噬细胞活性等。
4.6.2.2 在环境监测方面的应用
环境问题在全球特别是发展中国家是普遍存在的问题，严重污染的自然环境将危及到人类自身的生存和发展，为了更好的监测和保护环境，需要简单快捷的检测技术，光纤生物传感器在环境污染物检测方面也因此得到很好的发展，针对各种农业中的除草剂、有机磷农药以及污染环境的工业废物装置也有很多报道。Magrisso等将重组生物发光细菌lac ：luxCDABE 用琼脂固定在光纤表面，用于检测挥发性有机化合物苯、甲苯、乙苯、二甲苯，由于这些化合物导致细菌发光减少，通过在琼脂中加入不同大小的玻璃珠和减少膜的厚度使气体更容易扩散，取得了较好检测效果。Jitendra 等将黄杆菌包埋在玻璃光纤滤光器上，该细菌具有有机磷水解酶，将甲基对硫磷水解成可检测的P2硝基酚，检测限为0. 3μmol/ L ，检测范围4～80μmol/ L 。
4.6.2.3 在食品卫生方面的应用
食品卫生是关系到人们生命健康的重要问题，尽快的检测食品中的细菌、毒素是有关部门非常重要的任务。光纤生物传感器在这方面也得到了较好的应用。Kishan Rijal 等人将针对大肠埃希菌O157 ：H7 的单克隆抗体共价结合在经过拉细处理的光纤表面，通过抗原抗体的特异性反应检测大肠埃希菌O157 ：H7 ，其灵敏度达到70 cell/ml ，并具有很高的特异性。Sungho 等将抗沙门氏菌抗体标记荧光捐赠基团Alexa Fluor 546 ，G蛋白标记荧光接受基团Al2exa Fluor 594 ，硅烷化光纤纤心后连接上以上混合物组成渐逝波原理的生物传感器，这种传感器通过检测Alexa Fluor 594发出的荧光用于检测猪肉中的沙门氏菌最低检测限达到105CFU/ g。此外，用于检测各种经常引起食物中毒的毒素如葡萄球菌肠毒素B 的传感器也有一些报道。
4.6.2.4 在生化战剂检测方面的应用
生化战剂曾经作为一种大规模杀伤性武器造成了无数人员的伤亡，在当前恐怖主义猖獗的环境下，生化对人类的威胁已经渗透到人们的日常生活范围（如邮件），因而对生化战剂检测的快速和准确性的要求已经达到前所未有的高度，在这方面也有很多很好的尝试和成功的报道。比如Viveros 等将有机磷脂水解酶和荧光物质carboxynaphthofluorescein 连接到生物素，同时将亲和素连接到聚苯乙烯光纤上，通过生物素亲和素的特异性连接将酶和荧光物质连接到光纤上，这种传感器检测对氧磷的范围为1～800μmol/ L ，检测脱氟磷酸脂的检测范围为2～400μmol/ L 。美国海军实验室研制安装在飞机上用于检测枯草杆菌的光纤生物传感器监测范围达到1 640cm2，并能适时传回数据，真正达到遥测的目的。
4.6.3 展望
光纤生物传感器技术作为目前生物检测技术的发展方向之一已经取得很多重要的突破。不过也应该看到，光纤生物传感器还存在一些不足，传感器长期稳定性、可靠性和一致性还不是很理想，在免疫分析中荧光试剂漂白现象还较严重，同其他生物传感器相比线性范围较窄，这些不足需要我们不懈的努力去改进和完善。从最近的研究成果来看，这些问题正在被逐渐的解决，并向临床实用化方向迈进，相信在不久的将来将有成熟的产品推向市场。
4.7表面等离子共振传感器（孟庆石等.2009）
小分与大分子，大分子与大分子之间的相互作用是生命过程中最基础的应答反应，也是最近几年蛋白质组领域研究的热点和难点。随着蛋白质相关技术的发展，蛋白质组的研究也得到了长足的进步。然而人们不仅仅满足于了解基因组所编码的蛋白图谱及其丰度的变化，更想了解复杂的蛋白相互作用网络及其发生机制。于是，有人提出了”相互作用蛋白质组学”，以便解释生物过程的发生机制和改变相互作用网络中的某一关键分子，以达到控制这些生物过程的目的。长期以来，关于蛋白质相互作用的检测手段有酶联免疫沉淀、酵母双杂交、放射性标记以及荧光标记等传统手段。然这些手段不能实时性检测，而且需要复杂的标记过程，在蛋白质相互作用研究中存在着很多不足。
表面等离子共振生物传感技术是一种新兴的光学生物化学检测技术，与传统的生化分析方法相
比，具有无需标记、灵敏准确、快速、能够实现在线连续检测等特点。近几年来，各公司已推出多种商品化表面离子共振仪，在食品安全、环境监测、药物筛选和生命科学基础研究等领域有广泛的应用前景。
4.7.1 仪器原理和技术参数
4.7.1.1 光学原理
当入射光以临界角入射到两种不同折射率的介质界面（如镀金或镀银玻璃基片）时，可引起金属自由电子的共振，使一部分光能量在金属表面发生迁移，从而使反射光在一定角度内大大减弱。其中，使反射光在一定角度内完全消失的入射角称为SPR角。SPR角随表面折射率的变化而变化，而折射率的变化又和结合在金属表面的生物分子质量成正比，因此可以通过获取生物反应过程中SPR角的动态变化，得到生物分子之间相互作用的特异性信号。
4.7.1.2 技术路线
现在市场上比较流行的几款表面等离子共振传感器，如Biacore系列，BIO系列产品等，他们的光学检测部件一般包括光源、TM波偏振器、棱镜、检测芯片、信号检测转换器六大部分。光源发出的光，经TM波偏振器产生的偏振光照射到金膜上，反射光信号由线阵CCD检测。当某一入射角的偏振光照射到流有某一折射率的液体的金膜表面时，若满足表面等离子共振的产生条件，由于能量损失在反射光束中会产生一条黑线，导致CCD检测器的某个像素位置的光强度急剧下降，从而出现SPR吸收峰，可通过数模转换后将信号在计算机中输出（如图1）。
4.7.1.3 技术参数
表面等离子共振传感器的部件一般由流体动力系统，进样系统，模式选择系统、检测系统四大部分组成，其中检测系统是核心。
4.7.1.3.1 动力系统
动力系统为流动相在流路中流动提供动力，使样品流经检测芯片表面，进而研究分子问的相互作用。动力源一般有蠕动泵、恒压注射器等。如BIO系列的产品选用的是恒压注射器，使流动相在流路中稳定的流动，流速可控制在10 ml／min到10ml／min之间。
4.7.1.3.2 进样系统
进样系统的主要功能是将样品注入到检测池中，不同的系列的产品进样系统不同。BIO一2000使用的是手动进样方式，先用微型注射器将样品注人到进样阀中，然后由进样阀流到检测池中。Biacore3000除了可以手动进样外，还可以实现自动进样，减少了人工操作，使仪器更自动化、智能化。
4.7.1.3.3 模式选择系统
模式选择系统是通过开启和关闭一些通路，使样品在不同的检测通道中流动。根据试验的设计，
在检测过程中，经常需要同时检测几个不同通道的信号变化。一般情况下，为消除背景噪音可以在通道1中加人样品，在通道2中不加样品，这样通道1的信号减去通道2的信号，即可得到更精确的样品反应信号。目前不同厂家仪器的通道设置不同，BIO一2000有两个检测通道，Biacore3000具有四个检测通道。
4.7.1.3.4 检测系统
检测系统是表面等离子共振传感器的核心，主要由一些光学检测部件组成（如前述）。决定检测灵敏度和准确性的关键因素之一是检测芯片。现在大多数的检测芯片是在玻璃基片上镀一层50nm 的金膜，从而形成裸金片，用户可以根据自己科研需要，在裸金片表面固定上羧基端、氨基端、生物素等，形成不同的功能芯片。不同的传感器有着不同固定芯片的方式，Biacore系列的产品是先将芯片先固定在塑料片上，然后通过塑料片将芯片连接在检测元件上，而BIO一2000通过流体池控制器直接将芯片压在棱镜的表面。由于分子作用的强弱受温度的影响，所以控制检测系统和流动相的温度可以提高仪器的稳定性。多数商品化仪器采用环境温控，Biacore系列产品采用的仪器自动温控，Biacore3000可以把温度精确控制在4—40~C。检测极限值和可检测折射率变化范围是仪器检测系统性能的重要指标，Biacore3000检测肌球素的检测极限为1 pM，并且可以直接检测小于lnM的小分子，可检测折射率的变化范围在1．33—1．40之间。
4.7.1.4 检测和分析软件
表面等离子传感器的配套软件一般分为在线检测软件和分析软件两部分，多数商品化仪器还可以通过参数设置控制试验条件，如流速，温度等。检测软件是将检测器收集的反应信号同步呈现在电脑界面上，形成直观的检测曲线，图2显示了用BIO一2000是测量1％、0．5％、0．25％和0．125％浓度葡萄糖的结果。分析软件是根据检测软件生成的反应曲线，对不同样品、样品与样品之问进行动力学和相关性分析，计算出不同样品的结合和解离常数，图3显示了不同浓度目标物的结合和解离曲线以及计算出的动力学常数。
4.7.2表面等离子共振技术在生命科学中的应用
4.7.2.1表面等离子共振技术在核酸中的应用
Bryce P．等人同将未标记的1 8个碱基的DNA特异单链固定在金膜表面作为探针，通过杂交直接检测从大肠杆菌分离出的16S rRNA的含量，其最小检测极限可以到10nM。Stephen AG利用荧光各向异性（Fluorescence Anisotropy）和SPR技术，研究了艾滋病病毒的核衣壳蛋白与核苷酸序列的相互作用。NguyenB 利用SPR技术无标记、实时性研究了小分子核酸间的相互作用，并且分析了不同小分子核酸之间的相互作用动力学。
4.7.2.2表面等离子共振技术在药物代谢分析中的应用
Mouri R等研究了两性霉素B与真菌卵磷脂之间的相互作用，结果表明两性霉素在与卵磷脂结合时，含有固醇的卵磷脂结合两性霉素的能力比不含固醇的卵磷脂强。在癌症药物治疗中，由于每个患者的癌细胞有着特异性，同一种药物对不同的患者会产生不同的药效，Kosaihira Af71将即将用药患者的癌细胞固定在金膜芯片的表面，然后用药物浸没癌细胞，通过SPR技术实时检测药物和癌细胞的相互作用，从而建立了一种快速、无标记、实时的药物评价方法。
4.7.2.3 表面等离子共振技术在蛋白质结构和功能分析的应用
Massarellirs1等人用表面等离子技术，以人体纤维蛋白抗原决定簇γ（312—324）和多肽配基为分析对象，研究了两者之间的结合动力学，结果表明用SPR技术是研究结合自由能的一种快捷可靠方法。Plyler j用SPR技术研究了猿病毒40通过其中的DNA解旋酶诱导猿类产生T细胞的活性。Coehran S．通过不同的芯片固定方法，研究了肝素结合蛋白与各种配体的结合动力学，为药物的快速筛选奠定了基础。
4.7.2.4表面等离子共振技术在免疫学中的应用
Hosse R利用SPR技术研究了大肠杆菌E7的DNA酶的结构域与同源蛋白、免疫蛋白（Im7）相互结合动力学，通过精确的动力学分析，对一系列的克隆抗体进行筛选，从而建立了快速抗体筛选方法。新生儿特异性免疫球蛋白G输送蛋（FcRn）是免疫球蛋白G的受体，结构类似于主要组织相容性复合物类型I（MHC Class I），在被动免疫中有着重要作用，Andersen 运用原核表达的办法，通过大肠杆菌大量表达了切除重链的FcRn，通过SPR技术去评价该FcRn的功能，并且研究了该FeRn与免疫球蛋白结合时的pH条件。
4.7.2.5表面等离子共振技术在检测领域的应用
T．M．BattagliaF用SPR技术检测了地下水中的三氧化二砷的含量，检测极限小于10ppm。在抗体制备和检测领域，SPR技术也有着独到之处。Jongerius运用该技术，在感染沙门氏菌的鸡血清中筛选出了沙门氏菌的抗体。Homola JH．运用SPR技术通过两种不同的方法检测牛奶中有金黄色葡萄球菌产生的毒素，最低的检测极限可以到0.5ng／ml
4.8丝网印刷（张贤珍等.2002）
近年来，由于化学传感器的发展，特别是关于电化学传感器的研究，及其在生物医学、环境领域中的应用拓展，需要一种简单的电极制作技术，批量生产化学性能相同，重现性、灵敏度较好的，廉价的可一次性使用的传感器，以解决连续监测中难以维持的响应稳定性和长期重现性及在线、在体分析中不可避免的污染和腐蚀等问题。
4.8.1 丝网印刷电极
丝网印刷技术制作电化学传感器的换能元件是目前制备一次性使用电化学传感器电极的主要
方法。丝网印刷以丝网印版作模具，所制作传感器电极的大小和形状可以改变，易微型化和集成化。丝网印刷的基本原理是，丝网印版图像部分的网孔能够透过油墨漏印至承印物上；印版上其余部分网孔堵死不能透过油墨，在承印物上形成空白。丝网印刷工艺中最关键的环节就是印版的制备。传统的制版方法多用手工镂空制版，现代较普遍使用的是光化学制版法（感光制版法）。这种制版方法，以丝网为支撑体，将丝网绷紧在网框上，然后在丝网上涂布感光胶，形成感光膜，再将阳图
底版密合在感光膜上，经曝光，显影，印版上需要过墨的图像部分的网孔不封闭，印刷时油墨透过，在承印物上形成图案。丝网印刷工艺大致如图1 所示。
原稿是要制作的传感器试条的图形，底版是丝网印刷的阳图案，一般将原稿刻绘在胶片上得到晒版用的底版。丝网是制作网版的骨架，是支撑感光胶或感光膜的基体。根据印刷的要求，选择合适的丝网是创造高质量印刷产品的首要问题。在丝网印刷中，对丝网的性能有以下基本要求：抗张强度大，断裂伸张率小，回弹性好，耐湿度变化的稳定性好，油墨通过性好，对化学药品的耐抗性好。网框是支撑丝网用的框架，由金属、木材或其他材料制成，分为固定式和可调式两种。通常应满足绷网张力的需要，坚固耐用，轻便价廉，粘合性好等基本要求。绷网前应先对网框进行粗化处理，以提高网框与丝网的粘合力，并清洗、干燥。绷网的方法多种多样，有手工绷网，器械绷网，机动绷网，气动绷网等。感光胶是丝网印刷印版的图形材料，因此要求较高：制版性能好，便于涂布；感光范围适当，便于选择光源和操作；光敏感度高，成像效果好；稳定性好，便于贮藏；抗有机溶剂能力强，适用不同种类的油墨；成膜后还应有相当强的耐压力，以便多次印刷。晒版是把阳图底版的膜面密合在感光膜上曝光。晒版前应让感光膜彻底干燥。感光胶在液体阶段感光度低，感光度随着感光胶膜干燥程度增加而上升。显影是将感光版上未曝光的部分剥离，得到渗透性图案即印版。印刷电极条的油墨主要有银油墨和碳油墨两大类。银油墨用来印刷制作电极条的基轨，以提高导电性；碳油墨铺在银轨上，以阻止银与溶液接触，并在上面连接生物分子。丝网印刷电极条常包括工作电极和参比电极。工作电极表面固定有识别分子：酶，抗体，核酸等。一般以丝网印刷Ag/ AgCl 层作参比电极。
4.8.2 丝网印刷电化学传感器的应用
电化学传感器给生物医药、环境分析等提供了一个远离集中的实验室的机会。采用现代技术制得的一次性使用的丝网印刷电极集中了以上的特点及可携带性，便宜的制造技术等优点。最早的丝网印刷传感器主要集中在血糖的测定方面，从那以后其应用逐渐拓展到诸如生物分子、杀虫剂、离子、及潜在的污染。以下仅就最近几年的应用研究稍作阐述。
4.8.2.1 生物分子
4.8.2.1.1葡萄糖（Glucose）
采用丝网印刷技术的葡萄糖传感器在商业的应用上已获得成功。此种传感器主要是基于葡萄糖氧化酶（GOD ，glucose oxidase）的酶促反应。Gilmartin和Hart开发了一种一次性的生物传感器的测试条，该测试条包含一个Ag/ AgCl 参比电极和一个C工作电极。工作电极含有电催化剂Co 酞菁（CoPC ，cobalt phthalocyanine），并在其上覆盖一层含葡萄糖的醋酸纤维。该测试条在0.4V vs Ag/ AgCl 条件下测定过氧化氢。该工作电极印刷前，先把CoPC 混合进入碳油墨中（5 % m/ m），再在印好的电极上沉积一层醋酸纤维，干燥，最后在其上面滴加GOD 的水溶液，干燥即可。醋酸纤维膜层除了支持酶以外，还起着选择性渗透膜的作用，防止维生素C、尿酸等扩散到电极的表面引起干扰。用含0.05M 的磷酸盐缓冲液的标准葡萄糖溶液来评价该传感器，当葡萄糖浓度在1.0～19. 4mM 时响应成线形关系，其响应时间为57s ，此传感器已达到测定血糖的水平。M.P.O Halloran等人基于普鲁士蓝（PB ，Prus2sian Blue）修饰的丝网印刷碳电极测定过氧化氢，将其用于葡萄糖生物传感器。该模式可得到很低的检测限。PB 是通过FeCl3 和K4 [ Fe（CN）6 ]反应而得，然后用丙酮使其结晶，在150℃进行干燥和活化10小时，再将得到的PB 微粉（小于38μm）加入碳油墨中。
生物传感器的研究现状及应用
生物传感器的研究现状及应用 生物传感器？这个熟悉但又概念模糊的名词最近不断出现在媒体报道上，生物传感器相关的研究项目陆续获得巨额的研究资助，显示出越来越受重视的前景。要掌握生命科学研究的前研信息，争取好的研究课题和资金，你怎能不了解生物传感器？ 让我们来看看生物通最近的一些报道： 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。该装置可以鉴定肿瘤标志物－蛋白以及其它肿瘤细胞产生的丰度不同的生物分子。该小组下一步目标是把检测系统做成一个手持式系统，更加快速方便地检测组织样品。欧共体已经拨款1200万欧元资金给该小组，以使该技术进一步完善。 苏格兰IntermediaryTechnologyInstitutes计划投资1亿2千万英镑发展“生物传感器平台（BiosensorPlatform）”——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。 来自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）
《生物物理技术(修订版)》期末考试试题与答案
《生物物理技术（修订版）》期末考试试题与答案 第一章总论 1.什么是生物物理学？ 答：从物理学的角度来研究生命过程,即主要应用物理学方法研究生物的基本结构和性能、物理过程和物化过程的本质,以及物理因素对机体的作用等的学科。 2.生物物理学包含的分支学科（主要内容）有哪些？ 答：分子生物物理、膜与细胞生物物理、感官与神经生物物理、生物控制论与生物信息论、理论生物物理、光生物物理、辐射生物物理、生物力学与生物流变学、生物物理仪器与技术。 3.什么是生物物理技术？ 答：技术的革新和应用对于推动生物学发展的重要作用是众所周知的(有时甚至带来革命性的、根本的改变)。生物物理技术作为生物物理学中不可缺少的重要组成部分，包括X射线衍射晶体分析、同步辐射 核磁共振波谱技术、时间分辨的波谱技术和光谱技术(如纳秒到飞秒级荧光)、新型显微技术(如原子力显微术、共聚焦显微术、近场光学显微术及分子激发显微术等)、测定弱磁信号、检测微量成分的无损伤技术 成像技术等。 4.什么叫电磁波？ 答：电磁波(电磁辐射)指传播着的交变电磁场。 5. 什么叫波谱学(spectroscopy)和波谱技术？ 答：研究各种不同频率(或波长)电磁波性质的科学，所采用的研究技术称为波谱技术。 6. 波谱学的物理基础是什么？ 答：根据波长或频率的不同，可将电磁波区分为许多不同的波段，并分别给
予不同的名称。每个波段，其所涉及的能量几乎都和分子或其组成(电子与原子核)的某一种运动方式有关，因而在和物质相互作用时，不同的波段都在不同程度上影响整个分子的能量状态，根据其不同性质就可找到不同波段的电磁波在研究分子结构及其运动中的应用。 一个分子的总能量包括平动、核取向、电子自旋、转动、振动以及价电子能量等几部分，分成了不同的能级。物质吸收能量后，低能态跃迁至高能态，其发射指高能态向低能态跃迁将多余能量以量子形式发射出来。不同的物质，其吸收和发射的状况不同，人们根据各种波谱技术测量的直接结果得到波谱图。波谱图反应了物质的结构信息。这就是波谱学的物理基础。 7. 波谱是如何产生的？ 答：假定外来辐射在各种波长下的强度都相等，则以强度为纵轴，频率为横轴可得吸收曲线（通常做法：以被吸收量对波长作图）。由于环境条件的不同，或者相邻吸收基团之间的相互作用，使同一种吸收基团的能级差略有差异。两个分子能级之间还存在着一系列不同的振动与转动能级，在仪器分辨能力不高的情况下将只能观察到其包迹。波谱的获得是各种波谱技术测量的直接结果。 8. 波谱有哪些参数反映物质信息？ 答：波谱的位置代表某种吸收或发射基团的特征跃迁，可以据此辨认基团或化合物的存在；强度反映产生吸收和发射的基团数；宽度由激发态寿命决定，随环境、物理状态和运动状况而改变，反映运动、动力学和相互作用的情况；结构提供关于基团间相互作用的信息；偏振表征分子的取向；弛豫时间说明物理状态与相互作用。 9. 波谱仪有哪些主要部件？ 答：电磁波发生器、分光装置、样品池、探测器、显示记录、打印装置。 第二章紫外－可见吸收光谱术 1.简单分子的能级是如何构成的？
生物传感器的应用现状和发展趋势
生物传感器的应用现状和发展趋势 【摘要】改革开放以来，国民生活的各个方面都取得了明显的进步。随着科学的发展生产力的不断提高，生物传感器的应用越来越广泛。为我们的生产生活带来了很大的方便，研究生物传感器的应用现状和发展趋势，有利于我们对生物传感器进行全面深入的了解，有利于生物传感器的自身发展，同时有利于生物传感器的应用广泛推广。因此有必要详细说明生物传感器的应用现状和发展趋势。 【关键词】生物传感器；应用现状；发展趋势 1.前言 生物传感器作为一种高科技手段，在医学、军事、食品、农业等各个领域均得到了广泛的应用。它具有传感器不可替代的地位，利用生物中独特的物质，通过一系列的化学反应，检测出相关物质。生物传感器相对与传统的传感器相比，具有高灵敏度、高选择度、成本低廉、运用普及度高、污染程度小的特点。因此，研究生物传感器的应用现状和发展趋势具有重要意义。 2.简要介绍生物传感器 Gronow将生物传感器定义为一种含有固定化生物物质（如酶、抗体、全细胞、细胞器或其联合体）并与一种合适的换能器紧密结合的分析工具或系统，它可以将生化信号转化为数量化的电信号。生物传感器一般由两个主要部分组成：一是生物分子识别元件（感受器），是具有分子识别能力的生物活性物质（如酶、抗体、组织切片、细胞、细胞器、细胞膜、核酸、有机物分子等）；二是信号转换器（换能器），主要有电化学电极、光学检测元件、热敏电阻、场效应晶体管、压电石英晶体及表面等离子共振器件等。当待测物与分子识别元件特异性结合后，所产生的复合物通过信号转换器转变为可以输出的电信号、光信号等，从而达到分析检测的目的。 3.生物传感器的具体应用 3.1 制药方面 生物传感器在生产药物时具体作用表现为对具体进行生化反应进行检测，生物传感器可以及时的测量有关生化反应的各项数据，并将它及时反馈给系统。在抗癌药物及癌症治疗方面，生物传感器发挥了极其重要的作用。在实验室中对癌细胞进行培养，并把用相应药物与之发生反应，通过生物传感器对实验数据进行测量，来具体观察药物对癌细胞的作用。在不同药物间的对比中，选出最具有抗癌性的药物。 3.2 食品方面
生物物理技术(1)
易损动脉粥样硬化动物模型的建立 前言:目前心血管疾病已经跃居发达国家死亡率第一的病因.而动脉粥样硬化是 心血管最常见的病变,易损斑块又是最危险的死亡原因,斑块破裂造成血管断裂, 血液溢出.疾病的研究离不开动物模型的建立.在动物模型的建立过程中将用到大量的生物物理技术.如用于破坏血管内皮细胞的介入导管技术等. 摘要:本文为大家介绍了几种最常见的易损动脉粥样硬化的动物模型,并对各自的优缺点作出了对比.还简单介绍了后期模型建立后血管观察的手段,重点介绍了目前先进且热门的OCT技术. 心血管疾病是发达国家导致死亡的首要原因和诱因。心脏病和血管的结合是多种病理的复杂结合，因为无论基因还是环境都必须要考虑，这使得心血管疾病难以阻止。心血管疾病动物模型的发展，包括心脏病和动脉粥样硬化疾病，为今天的我们从生理病理学的角度研究疾病提供了非常重大的便利。并且它们也被认为是评价预测和阻止并发症的新型治疗手段水平的必要工具。其中涉及多种生物物理技术，如基因操作，CT，MR，X，超声等多种成像技术，介入操作，显微镜观察，生物组织切片观察等。生物物理技术在动物模型的培养和观察，鉴定过程包括后期药物性反应实验，预期性评估实验，生理学药理学力学变化的分析，组织病变的特点的观察等等一系列实验中发挥了至关重要的作用。 图一显微镜下动脉粥样硬化斑块 作者根据所参照文献总结了大多数常用的心血管疾病的模型，包括那些应用的大的或者小型的动物，为了更准确更好的理解每一个单独的方面与人类病理方面的关系。特别是，我们将描述一些动脉粥样硬化疾病的动物模型，包括扩大的腹主动脉瘤，胸动脉瘤和闭塞的动脉粥样硬化疾病和一些心脏衰竭的模型。这些方法具有非常重大的意义，因为预测家将要评估早期的监测并且预测生理水平的治愈过程，尽管它们正在被艰难探索。 动脉粥样硬化是一种由促进损害协同发展的各种病因所引起的复杂的多因素疾病。鼠模型的建立被用于动脉粥样硬化损害的发展和过程的研究，并且几种评论广泛地讨论了不同的可用模型。特别是敲除和转基因动脉粥样硬化鼠模型的建立在从分子和细胞机能的水平理解动脉粥样硬化的形成具有重大的意义，包括
医学生物物理学最终版
1、一级结构（Primary Structure):多聚体中组成单位的顺序排列。含义主要包括 1、链的数目； 2、每条链的起始和末端组分； 3、每条链中组分的数目、种类及其顺序； 4、链内或链间相互作用的性质、位置和数目。测定方法：1、生化方法：肽链的拆开、末段分析、氨基酸组成分析、多肽链降解、肽顺序分析 2、质谱技术（Mass Spectrometer)和色谱层析分析技术。 2、二级结构（Secondary Structure）是指多聚体分子主链（骨架）空间排布的规律性。测定方法：1、圆二色技术（Circular dichroism CD）、红外光谱（Infrared spectrum）和拉曼光谱（Raman spectrum ）技术。 3、水化作用 (Hydration)：离子或其他分子在水中将在其周围形成一个水层。 笼形结构(cage structure)：疏水物质进入水后水分子将其包围同时外围水分子之间较容易互相以氢键结合而形成笼形结构。 4、能量共振转移（energy resonance transfer): 将分子视为一个正负电荷分离的偶极子，受激发后将以一定的频率振动，如果其附近有一个振动频率相同的另一分子存在，则通过这两个分子间的偶极－偶极相互作用，能量以非辐射的方式从前者转移给后者，这一现象称为～。 5、脂多形性（lipid polymorphism):不同的磷脂分子可形成不同的聚集态或不同的结构，称为“相”，同一磷脂分子在不同的条件下也可以形成不同的聚集态，这一性质称为脂多形性。 6、相分离（phase separation）：由两种磷脂组成的脂质体，当温度在两种磷脂的相变温度之间时，一种磷脂已经发生相变处于液晶态，另一种磷脂仍处于凝胶态，这种两相共存的现象称为相分离。 7、相变：（phase transition）:是指加热到一定稳定时脂双层结构突然发生变化，而脂双层仍然保留的现象。这一温度成为相变温度，温度以上成为液晶相，相变温度以下称为凝胶相。 8、协同运输（cotransport）：细胞利用离子顺其跨膜浓度梯度运输时释放的能：量同时使另一分子逆其跨膜浓度梯度运输。 9、被动运输（passive transport）：是指溶质从高浓度区域移动到一低浓度区域，最后消除两区域的浓度差，是以熵增加驱动的放能过程。这种转运方式称为被动运输。 10、主动运输（active transport）：主动运输是指物质逆浓度梯度，在载体的协助下，在能量的作用下运进或运出细胞膜的过程。Na+、K+和Ca2+等离子，都不能自由地通过磷脂双分子层，它们从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。 11、易化扩散（facilitated diffusion）：在双层脂分子上存在一些特殊蛋白质能够大大增加融资的通透性，溶质也是从高浓度侧向低浓度侧运输，这种运输方式被称为易化扩散。这些蛋白质被称为运输蛋白。 12、离子通道（ion channel）：是细胞膜的脂双层中的一些特殊大分子蛋白质，其中央形成能通过离子的亲水性孔道，允许适当大小和适当电荷的离子通过。 13、长孔效应（longpore effect）：当一个离子从膜外进入孔道，要与孔道内的几个离子发生碰撞后才能通过孔道，这种现象称为长孔效应。 14、双电层（electrical double layer ）：细胞表面的固定电荷与吸附层电荷的净电荷总量与扩散层电荷的性质相反，数值相等，形成一个双电层。 15、自由基（ free radical FR ）：能独立存在的、具有不配对电子的原子、原子团、离子或分子。 16、基团频率（ group frequency ）：一些化学基团（官能团）的吸收总在一个较狭窄的特定频率范围内，是红外光谱的特征性。在红外光谱中该频率表现基团频率位移，即特征吸收峰。 17、infrared spectroscopy(红外光谱):以波长或波数为横坐标,以强度或其他随波长变化的性质为纵坐标所得到的反映红外射线与物质相互作用的谱图。 18、圆二色谱（circular dichroism spectrum, CD）：记录的是物质对紫外光与可见光波段左圆偏振光和右圆偏振光的吸收存在的差别与波长的关系，是分子中的吸收基团吸收电磁波能量引起物质电子能级跃迁，其波长范围包括近紫外区、远紫外区和真空紫外区。 19、圆二色性（activity of circular dichroism）：手性物质对左右圆偏振光的吸收度不同，导致出射时左右圆偏振光电场矢量的振幅不同，通过样品后的左右圆偏振光再次合成的光是椭圆偏振光，而不再是线性偏振光，这种现象称为~。 20、旋光性（activity of optical ratation）：左右圆偏振光在手性物中行进（旋转）速度不同，导致出射时的左右圆偏振光相对于入射光的偏振面旋转的角度不同，通过样品后的左右圆偏振光再次合成的光相对于入射光的偏振面旋转了一定的角度，称为~。 21、荧光(fluorescence)：受光激发的分子从第一激发单重态的最低振动能级回到基态所发出的辐射。寿命为10-8~ 10 -11s。由于是相同多重态之间的跃迁，几率较大，速度大，速率常数kf为106~109s-1。分子产生荧光必须具备的条件（1）具有合适的结构（2）具有一定的荧光量子产率。
生物传感器的原理及应用
生物传感器的原理及应用 摘要: 随着信息技术与生物工程技术的发展，生物传感器得到了极为迅速的发展，当今各发达国家都把生物传感器列为21世纪的关键技术，给予高度的重视。生物传感器不仅广泛用于传统医学领域，推动医学发展，而且还在空间生命科学、食品工业、环境监测和军事等领域广泛应用。 关键词:生物传感器；原理；应用；发展 Abstract: As information technology and biological engineering technology, bio-sensors has been very rapid development，today's developed countries regard the biosensor technology as the key to the 21st century, given a high priority. Biosensors are widely used in traditional medicine not only to promote the development of medicine, but also in space life science, food industry, environmental monitoring and widely used in military and other fields. Keyword s: biosensor; principle; application; development
目录 一. 引言 (4) 二. 生物传感器的原理 (4) 三. 生物传感器的应用 (5) 3.1.生物传感器在医学领域的应用 (5) 3.1.1. 基于中医针灸针的传感针 (5) 3.1.2.生物芯片 (5) 3.1.3.生物传感器的临床应用 (5) 3.2.生物传感器在非传统医学领域的应用 (6) 3.2.1．在空间生命科学发展中的应用 (6) 3.2.2．在环境监测中的应用 (6) 3.2.3．在食品工程中的应用 (6) 3.2.4．在军事领域的应用 (6) 四. 生物传感器的未来 (7) 五. 结束语 (7) 六. 参考文献 (7)
生物传感器原理及应用
Chapter １生物传感器 （Biosensors） ? 1.1 Generalization（概述）? 1.2 Principle （基本原理）? 1.3 Classification（分类）? 1.4 Application（应用）
1.2 生物传感器工作原理 被测对象生物敏 感膜 （分子 识别感 受器） 电 信 号 换 能 器 物理、化学反应 化学物质 力 热 光 声 . . . 图16-1 生物传感器原理图
BIOSENSORS 1.2 生物传感器原理 无论是基于电化学、光学、热学或压电 晶体等不同类型的生物传感器，其探头均由 两个主要部分组成，一是感应器，它是由对 被测定的物质（底物）具有高选择性分子识 别功能的膜构成。二是转换器，它能把膜上 进行的生化反应中消耗或生成的化学物质， 或产生的光、热等转变成电信号，最后把所 得的电信号经过电子技术的处理后，在仪器 上显示或记录下来。
换能器（T r a n s d u c e r ）感受器（R e c e p t o r ）= 分析物（Analyte ） 溶液（Solution ）选择性膜（Thin selective membrane ） 识别元件（Recognition ）生物传感器工作机理 测量信号（Measurable Signal ） BIOSENSORS
（1）将化学变化转变成电信号 酶传感器为例,酶催化特定底物发生化学反应,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,即组成酶传感器.常用转换装置有氧电极、过氧化氢。
最新电化学生物传感器
电化学生物传感器 生物分子的分析检测对获取生命过程中的化学与生物信息、了解生物分子及其结构与功能的关系、阐述生命活动的机理以及对疾病的有效诊断与治疗都具有十分重要的意义。如何高效、快速、灵敏地检测这些生物分子，是当前生命科学领域中面临的一个十分重要的问题。解决这些问题的关键就在于发展各种新型的分析检测技术。生物传感器的出现为有效地解决这些问题提供了新的工具，为生命科学及其相关领域的研究提供了许多新的方法 1电化学生物传感器的基本结构及工作原理 1.1 基本结构 通常情况下，生物传感器由两个主要部分组成即生物识别元件和信号转换器。生物识别元件是指具有分子识别能力，能与待测物质发生特异性反应的生物活性物质，如酶、抗原、抗体、核酸、细胞、组织等。信号转换器主要功能是将生物识别作用转换为可以检测的信号，目前常用的有电化学、光学、热和质量分析几种方法[1]。其中，电化学方法就是一种最为理想的检测方法。 图1 电化学生物传感器的基本结构 1.2 工作原理 电化学生物传感器采用固体电极作基础电极，将生物敏感分子固定在电极表面，然后通过生物分子间的特异性识别作用，生物敏感分子能选择性地识别目标分子并将目标分子捕获到电极表面，基础电极作为信号传导器将电极表面发生的识别反应信号导出，变成可以测量的电信号，从面实现对分析目标物进行定量或定性分析的目的。 2电化学生物传感器的分类
由各种生物分子(抗体、DNA、酶、微生物或全细胞)与电化学转换器(电流型、电位型、电容型和电导型)组合可构成多种类型的电化学生物传感器，根据固定在电极表面的生物敏感分子的不同，电化学生物传感器可分为电化学免疫传感器、电化学DNA传感器、电化学酶传感器、电化学微生物传感器和电化学组织细胞传感器等。 2.1 电化学免疫传感器 电化学免疫传感器是一种将免疫技术与电化学检测相结合的标记免疫分析方法。它是以抗原．抗体特异性反应为基础，将抗原/抗体反应达到平衡状态后的生物反应信号转换成可测量的电信号并通过基础电极将其导出。当采用电化学检测方法测量时，其信号大小与目标分析物在一定浓度范围内成线性关系，从而实现对目标检测物的分析测定。 根据抗原-抗体间的免疫反应的类型，电化学免疫传感器可分为两种：竞争法和夹心法。竞争法的分析原理是基于标记抗原和非标记抗原共同竞争与抗体的反应[2]。而夹心法则是将捕获抗体、抗原和检测抗体结合在一起，形成一种捕获抗体/抗原/检测抗体的夹心式复合物，也称“三明治”式结合物[3]。 图2 竞争法 图3 夹心法 2.2 DNA生物传感器 DNA生物传感器主要检测的是核酸的杂交反应。电化学DNA传感器的工作原理如图所示，即将单链DNA(ssDNA)探针，固定在电极上，在适当的温度、pH、离子
生物传感器的发展现状与趋势
生物传感器的应用与发展趋势 摘要：生物传感器是一门由生物、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, 是一种将生物感应元件的专一性与一个能够产生和待测物浓度成比例的信号传导器结合起来的分析装置，具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂的体系中进行在线连续检测的特点。生物传感器的高度自动化、微型化与集成化，减少了对使用者环境和技术的要求，适合野外现场分析的需求，在生物、医学、环境监测，视频，医药及军事医学等领域有着重要的应用价值。 关键词：生物传感器;应用;发展趋势 1生物传感器 从几百年以前,人类就已经在使用生物传感器,而生物传感器的研究始于1962年,Clark和Lyons首先提出使用含酶的修饰膜来催化葡萄糖,用pH计和氧电极来检测相应的信号转变。1967年,Updike和Hick 正式提出了生物传感器这一概念,并成功制备了第一支葡萄糖生物传感器,这一工作对生物学来说具有里程碑意义。生物传感器研究的全面展开是从20世纪80年代开始的,1977年,Kambe等用微生物作识别元素制备了生物传感器,为拓宽检测物的范围,所用到的识别元素不断得到扩展,如细胞、DNA、RNA、抗体等识别元素先后被应用于生物传感器的构筑中。换能器的种类和质量也不断得到提高和发展,随后细胞、DNA、RNA、抗体等识别元素也被应用于生物传感器中。逐渐从电化学向光谱学、热力学、磁力、质量及声波等方向拓展,这也使得生物传感器在种类和应用领域上得到发展。 1.1 生物传感器简介 生物传感器指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与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。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。 将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得检测其对应物的其他传感器。固定感受膜的方法有直接化学结合法；高分子载体法；高分子膜结合法。现已发展了第二代生物传感器:微生物、免疫、酶免疫和细胞器传感器，研制和开发第三代生物传感器，将系统生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器，90年代开启了微流控技术，生物传感器的微流控芯片集成为药物筛选与基因诊断等提供了新的技术前景。由于酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗体膜对生物物质的分子结构具有选择性识别功能，只对特定反应起催化活化作用，因此生物传感器具有非常高的选择性。缺点是生物固化膜不稳定。 在21世纪知识经济发展中，生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。 1.2 生物传感器的分类 生物传感器主要有下面三种分类命名方式： 1．根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件可分为五类：酶传感器，微生物传感器，细胞传感器，组织传感器和免疫传感器。相应的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。 2．根据生物传感器的换能器即信号转换器分类有：生物电极传感器，半导体生物传感器，光生物传感器，热生物传感器，压电晶体生物传感器等，换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。 3.以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类有生物亲和型生物传感器、代谢型或催化型生
生物传感器的应用及发展趋势
生物传感器的应用及发展趋势 摘要: 生物传感器是一类特殊的化学传感器，是以生物体成分（如酶,抗原,抗体,激素等）或生物体本身(细胞,微生物,组织等)作为生物体敏感元件,对被测目标物具有高度选择性的检测器件。生物传感器不仅广泛用于传统医学领域，推动医学发展，而且还在空间生命科学、食品工业、环境监测和军事等领域广泛应用。 关键词:生物传感器种类；原理；应用；趋势 一.生物传感器基本结构和工作原理 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。生物传感器通过物理，化学型信号转换器捕捉目标物 与敏感元件之间的反应，并将反应的程度用离散或连续的电信号表达出来，从而得出 被测量。 生物体中能够选择性地分辨特定特质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。这些分子识 别功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物，如抗体和抗原的结合、酶与基质的 结合。在设计生物传感器时，选择适合于测定对象的识别功能物质，是极为重要的前提； 要考虑到所产生的复合物的特性。根据分子识别功能物质制备的敏感元件所引起的化学变 化或物理变化，去选择换能器，是研制高质量生物传感器的另一重要环节。敏感元件中光、热、化学物质的生成或消耗会产生相应的变化量。根据这些变化量，可以选择适光的换能器。 二.生物传感器的分类及应用 1.酶生物传感器 酶传感器是生物传感器的一种，是利用生化反应所产生的或消耗的物质的量，通过电化学 装置转换成电信号，进而选择性地测定出某种成分的器件。酶生物传感器应用于检测血糖 含量，检测氨基酸含量，测定血脂，测定青霉素和浓度，测定尿素，测定血液中的酶含量 酶传感器中应用的新技术：纳米技术 固定化酶时引入纳米颗粒能够增加酶的催化活性，提高电极的响应电流值。首先，纳米颗 粒增强在载体表面上的固定作用；其次是定向作用，分子在定向之后，其功能会有所改善；第三，由于金、铂纳米颗粒具有良好的导电性和宏观隧道效应，可以作为固定化酶之间、 固定化酶与电极之间有效的电子媒介体，从而使得氧化还原中心与铂电极间通过金属颗粒 进行电子转移成为可能，酶与电极间可以近似看作是一种导线来联系的。这样就有效地提 高了传感器的电流响应灵敏度。孟宪伟等首次研究了二氧化硅和金或铂组成的复合纳米颗 粒对葡萄糖生物传感器电流响应的影响，其效果明显优于这=种纳米颗粒单独使用时对葡萄糖生物传感器的增强作用。其原因是纳米粒子具有吸附浓缩效应、吸附定向和量子尺寸颗 粒效应，复合纳米颗粒比单独一种纳米颗粒更易于形成连续势场，降低电子在电极和固定 化酶间的迁移阻力，提高电子迁移率，有效地加速了酶的再生过程，因此复合纳米颗粒可 以显著增强传感器的电流响应。 2.免疫传感器 免疫传感器应用于检测食品中的毒素和细菌，检测DNA 光纤，检测残留的农药，毒品和滥 用药物的检测。
生物传感器的应用现状及发展前景
生物传感器的应用现状 及发展前景 Hessen was revised in January 2021
生物传感器的应用现状及发展前景 摘要：到来后，获取准确可靠的信息对现代化生产有着重大作用，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。其中生物传感器早已渗透到国民经济的各个部门如食品、制药、、、环境监测等方面。生物传感器专一性好、易操作、设备简单、测量快速准确、适用范围广。随着固定化技术的发展，生物传感器在市场上具有极强的竞争力。生物传感器的研究开发，已成为世界科技发展的新热点。相信不久的将来，生物传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。 关键词：生物传感器、应用、前景 一、传感器概述 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由和转换元件组成”。 随着的到来，世界开始进入。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 传感器早已渗透到工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等各个领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 由此可见，在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。 传感器的特点主要有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。 常见传感器有、、、、、、、以及等。 二、生物传感器概述 生物传感器是用生物活性材料（酶、、、抗体、抗原等）与换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。 1967年.乌普迪克等制出了第一个生物传感器--葡萄糖传感器。将包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了这种葡萄糖传感器。 生物传感器的分类： ⑴按照感受器生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、、DNA传感器等等。
生物传感器的应用现状及发展前景
生物传感器的应用现状及发展前景 摘要：到来后，获取准确可靠的信息对现代化生产有着重大作用，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。其中生物传感器早已渗透到国民经济的各个部门如食品、制药、、、环境监测等方面。生物传感器专一性好、易操作、设备简单、测量快速准确、适用范围广。随着固定化技术的发展，生物传感器在市场上具有极强的竞争力。生物传感器的研究开发，已成为世界科技发展的新热点。相信不久的将来，生物传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。 关键词：生物传感器、应用、前景 一、传感器概述 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由和转换元件组成”。 随着的到来，世界开始进入。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。 传感器早已渗透到工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等各个领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 由此可见，在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。 传感器的特点主要有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。 常见传感器有、、、、、、、以及等。 二、生物传感器概述 生物传感器是用生物活性材料（酶、、、抗体、抗原等）与换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。 1967年.乌普迪克等制出了第一个生物传感器--葡萄糖传感器。将包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了这种葡萄糖传感器。 生物传感器的分类： ⑴按照感受器生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、、DNA传感器等等。
电化学生物传感器的应用实例zhuyue
电化学生物传感器的应用实例 摘要：生物电化学传感器是生物传感器中研究最早、种类最多的一个分支, 它具有专一、高效、简便、快速的优点, 已应用于生物、医学及工业分析等方面。目前，生物传感器正进人全面深人研究开发时期，各种微型化、集成化、智能化、实用化的生物传感器与系统越来越多。相信在不久的将来，生物传感器的面貌会焕然一新。 关键词：生物传感器，应用 引言 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门交叉学科。 最早的生物传感器发明于1962年，英国Clark[1]利用不同的物质与不同的酶层发生反应的工作原理，在传统的离子选择性电极上固定了具有生物功能选择的酶，从而构成了最早的生物传感器一一酶电极。生物传感器的研究全面展开是在20世纪80年代，20多年来发展迅速，在食品工业、环境监测、发酵工业、医学等方面得到了高度重视和广泛应用。 1 工作原理及其分类 1.1 工作原理 传感器主要由信号检测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、光信号等。生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件。换句话说，它是利用生物的或有生命物质分子的识别功能与信号转换器相结合，将生物反应所引起的化学、物理变化变换成电信号、光信号等。Rogers[2]等人将生物传感器定义为:由生物识别单元，如酶、微生物、抗体等和物理转换器相结合所构成的分析仪器，生物部分产生的信号可转换为电化学信号、光学信号、声信号而被检测。可见，任何一个生物传感器都具有两种功能，即分子识别和信号转换功能。 1.2 主要分类 生物传感器的分类方式很多，但根据生物学和电子工程学各自的范畴，主要有以下两种分类方式。 (1)根据生物传感器中信号检测器上的敏感物质分类 生物传感器与其它传感器的最大区别在于生物传感器的信号检侧器中含有敏感的生命物质。这些敏感物质有酶、微生物、动植物组织、细胞器、抗原和抗体等。根据敏感物质的不同，生物传感器可分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。生物学工作者习惯于采用这种分类方法。(2)根据生物传感器的信号转换器分类
生物物理学
生物技术学院 课程论文 课程名称：大学物理 学号：222012********* 姓名：马平凡 专业班级：明珠班 成绩： 教师签名：
物理学在生物上的应用——生物物理学 摘要：生物物理学（ Biological Physics）是物理学与生物学相结合的一门交叉学科，是生命科学的重要分支学科和领域之一。生物物理学是应用物理学的概念和方法研究生物各层次结构与功能的关系、生命活动的物理、物理化学过程和物质在生命活动过程中表现的物理特性的生物学分支学科。生物物理学旨在阐明生物在一定的空间、时间内有关物质、能量与信息的运动规律。 关键词：物理学生物学交叉学科分支规律 物理学和生物学互相促进，共同发展。物理学和生物学在两方面有联系：一方面，生物为物理提供了具有物理性质的生物系统，另一方面，物理为生物提供了解决问题的工具。生命科学是系统地阐述与生命特性有关的重大课题的科学。支配着无生命世界的物理定律同样也适用于生命世界，无须赋予生活物质一种神秘的活力。 发展简史： 17世纪A.考伯提到发光生物萤火虫。 1786年L.伽伐尼研究了肌肉的静电性质。 1796年T.扬利用光的波动学说、色觉理论研究了眼的几何光学性质及心脏的液体动力学作用。 H.von亥姆霍兹将能量守恒定律应用于生物系统，认为物质世界包括生命在内都可以归结为运动。他研究了肌肉收缩时热量的产生和神经脉冲的传导速度E.H.杜布瓦－雷蒙德第一个制造出电流表并用以研究肌肉神经，1848年发现了休止电位及动作电位。 1895年W.C.伦琴发现了 X射线后，几乎立即应用到医学实践。 1899年K.皮尔逊在他写的《科学的文法》一书中首次提到：“作为物理定律的特异事例来研究生物现象的生物物理和生物物理学……”，并列举了当时研究的血液流体动力学、神经传导的电现象、表面张力和膜电位、发光与生物功能、以及机械应激、弹性、粘度、硬度与生物结构的关系等问题。
生物传感器应用
生物传感器在环境监测中的应用 摘要： 生物传感器以其方便快捷、灵敏度高、选择性好等优点，已然成为了各个学科中不可或缺的测试仪器。其广泛应用于食品工业、发酵工业、医学、环境监测等各个领域。在环境领域，生物传感器以又应用于水质、大气等介质中的各种污染物的检测，已经是日常监测中不可替代的分析仪器。本文对生物传感器在环境监测的应用进行综述。未来，生物传感器会越来越灵敏、越来越方便快捷，将会大大提高环境监测人员的工作效率。 关键词：生物传感器，污染物监测，环境监测。 1.生物传感器简介： 生物传感器是一种对生物物质敏感并将其浓度转化为电信号进行监测的仪器。一般由需要以下几个部位组成：识别元件、理化换能器、信号放大器以及分析系统等。识别元件一般由固定化的生物敏感材料制成，这些材料可以是酶、抗体、抗原、细胞、核酸、组织、微生物等物质；适当的理化换能器，如氧电极、光敏管等可以制成换能器，这是将一些物质浓度转化为电信号的关键；而信号放大装置的作用就是将电信号放大，然后方便信号接收进而给分析系统进行分析。生物传感器是一种将信息学、生物芯片、计算机等学科融合交叉的科学产物，是科技发展的过程必不可少的先进的检测装置。从第一支生物酶传感器的研制后，生物传感器以其高选择性、体积小、方便携带、实时监测、环境污染小、高灵敏度和连续测定等优点，在生物科学、环境科学、食品科学等领域皆有十分广阔的探索价值和应用前景[1]。 生物传感器有许多种分类方式:根据生物活性物质的类别，生物传感器可以分为酶传感器、免疫传感器、DNA传感器、组织传感器和微生物传感器等；根据检测原理，生物传感器可分光学生物传感器、电化学生物传感器及压电生物传
纳米材料在生物传感器中的应用
纳米材料在生物传感器中的应用 生物传感器是目前生命科学及临床医学测试方法研究中最为活跃的领域之一，而纳米材料则被认为是跨世纪材料研究领域的热点，有“21 世纪最有前途的材料”的美誉，受到国内外普遍重视，进入21世纪后，纳米科技的迅猛发展为新型生物传感器的研制提供了难得的机遇。纳米生物传感器是纳米科技与生物传感器的融合，其研究涉及到生物技术、信息技术、纳米科学、界面科学等多个重要领域，因而成为国际上的研究前沿和热点。 一、生物传感器 生物传感器是一类特殊形式的传感器，是一种对生物物质敏感并将其转换为声、光、电等信号进行检测的仪器。生物传感器具有接受器与转换器的功能，由识别元件(固定化的生物敏感材料，包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)、理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等) 和信号放大装置构成。生物传感器技术是一个非常活跃的工程技术研究领域，它与生物信息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科一起处在生命科学和信息科学的交叉区域，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测与监控装置。与传统的分析方法相比, 具有以下特点：1)体积小、响应快、准确度高，可以实现连续在线检测；2)一般不需进行样品的预处理，可将样品中被测组分的分离和检测统一为一体，使整个测定过程简便、迅速，容易实现自动分析；3)可进行活体分析； 4)成本远低于大型分析仪器，便于推广普及。 生物传感器有许多种分类方式：1)根据生物活性物质的类别，生物传感器可以分为酶传感器、免疫传感器、DNA传感器、细胞传感器、组织传感器和微生物传感器等；2)根据检测原理，生物传感器可分光学生物传感器、电化学生物传感器和压电生物传感器等；3)按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为亲和型和代谢型2种；4)可根据所监测的物理量、化学量或生物量而命名为热传感器、光传感器和胰岛素传感器等。 生物传感器的应用，涉及到医疗保健、疾病诊断、食品检测、环境监测、发酵工业等领域。 二、纳米材料 纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等，使得其表现出奇异的化学物理性质。纳米粒子作为一种常用的纳米材料，具有制备方法简单、尺寸可控、表面易于修饰、表征简便等优点，在分析化学领域得到了广泛的应用。 纳米材料的特点与传感器所要求的多功能、微型化、高速化相对应。另外，作为传感器材料，还要求功能广、灵敏度高、响应速度快、检测范围宽、选择性好等优点，纳米材料能较好地符合上述要求。纳米材料引入生物传感器领域后，提高了生物传感器的检测性能，并促发了新型的生物传感器。纳米材料的独特的化学和物理性质使得其对生物分子或者细胞的检测灵敏度大幅提高，检测的反应时间也得以缩短，并且可以实现高通量的实时检测分析。
1 生物传感器的基本原理
1 生物传感器的基本原理 生物传感器主要由生物感应元件和信号传导器两部分组成。可用来制作生物感应元件的物质有酶、酶组分、生物体、组织、细胞、抗体、核酸、有机物分子等,其主要功能是对被测物质进行选择性作用,即识别被测物质。信号传导器的主要形式有电势测量式、电流测量式、电导率测量式、阻抗测定式、光强测量式、热量测定式、声强测量式、机械式等,其主要功能是将生物元件与被测物质相互作用所产生的物理化学效应转变为可以输出的电信号[2 ] 。生物传感器的基本工作原理是:将具有分子识别功能的生物物质通过特殊加工技术涂敷固定在固态载体上(例如高分子膜等) ,形成功能膜,当其与被测物质相接触时,膜内的感应物质首先与被测物质选择性地吸附, 发生相互作用形成复合物, 从而表现为化学变化、热变化、光变化或直接产生电信号方式等;化学变化、热变化和光变化由信号传导器转化为易于输出的, 与待测物质浓度成比例的电信号,这个信号能够进一步被放大、处理或储存,然后利用电子仪器进行测量,记录,从而达到分析检测的目的 2 生物传感器在环境监测中的应用 2. 1 对砷化物和硫化物的检测砷污染主要来源于采矿、冶金、化工、农药生产、制革、化学制药等工业废水。单质砷的毒性很低,但砷的化合物均有剧毒,砷化物容易在人体内积累, 造成急性或慢性中毒。在历史上,由于人们的环保意识不强,含砷工业废水曾造成土壤和地下水的广泛污染。为有效地清除这种污染并确保饮用水的安全,对污染环境中的砷的检测是至关重要的。Roberto 等[5 ]从海水母中提取了一种绿色荧光蛋白质( green fluorescent pro2tein) 通过基因转录研制出一种细菌荧光素酶生物传感器,利用该生物传感器可检测亚微克量的亚砷酸盐和砷酸盐,对砷污染地区能进行在线、长期的环境监测,效果显著,且费用较低。焦化、选矿、造纸、印染、制革等工业废水通常含有硫化物,包括溶解性的H2S、HS- 和S2 - ,酸溶性的金属硫化物等。硫化物毒性较大,且易产生硫化氢,可危害细胞色素、氧化酶,造成细胞组膜,并被膜内硫杆菌同化而耗氧,使氧分子扩散进入氧电极的速率降低,导致电极输出电流下降。通过对电流变化值的记录,可检测出S2 - 的浓度。试验证明,硫化物微生物电极具有良好的准确度和精密度,测试设备简单,操作方便,成本低,是一种有实用意义的生物传感器。 2. 2 对杀虫剂除草剂残留物的检测 利用生物传感器可直接、快速又方便地检测出各类杀虫剂(如有机磷和氨基甲酸脂类) 和除草剂的残留物。生物基质不但可以测定残留物的浓度,还可以测定其毒性[7 - 9 ] ,这是传统的分析检测技术所达不到的。用于检测杀虫剂的最常见的酶是神经酶乙酰胆碱酶[10 ] ,它能催化乙酰胆碱水解成胆碱和乙酸。有机磷是杀虫剂中的一大分支,包括对硫磷、马拉硫磷、甲氟磷酸异丙酯等,它们能与酶结合成非常稳定的共价物磷酸基酶从而阻碍酶的活性。将固定化乙酰胆碱酯制成的生物传感器放入含有杀虫剂的试样中就可以测量出酶活性的抑制程度。当酶不受抑制时,会输出一个最大的稳定信号,而当溶液中含有抑制剂时,这个信号的大小就会降低一个与抑制剂浓度成比例的量,从而达到检测的目的。利用聚球蓝细菌细胞作为生物基质的生物传感器可以用于检测水体中的除草剂,通过检测细胞中光合成电子传输系统,当有污染物存在时,会对传输系统产生干扰。该方法非常简单方便,可迅速提供污染信息,适于在线监测2. 3对生化需氧量及氨氮的测定 生化需氧量(BOD) 是反映水体被有机物污染程度的综合指标,也是研究废水的可生化降解性和生化处理效果,以及生化处理废水工艺设计和动力学研究中的重要参数。目前普遍采用的BOD 测定方法是标准稀释法,这种方法操作复杂,重现性差,且不宜现场监测。采用BOD 生物传感器[13 - 15 ]可在10～15min 检测出BOD 的含量,可对水质状况实行在线监测,具有广阔的应用前景。BOD 生物传感器的基本原理是:将生物传感器置于不含BOD 物质的缓冲溶液中,由于溶液保持恒温并被氧饱和,传感器输出一稳态电流;当加入样品时,有机物向生物传感器的生物膜中扩散,因微生物对有机物质有代谢作用而耗氧,从而导致传感器输出电流降低;在适