文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 生物传感器的三代历程

生物传感器的三代历程

生物传感器的三代历程
生物传感器的三代历程

生物传感器的三代历程

根据酶与电极间的机理可将生物传感器分为三代:

1 第一代生物传感器

用酶的天然电子传递体—氧来沟通与电极之间的电子通道,直接检测酶反应底物的减少或产物的生成的传感器,称为第一代生物传感器。第一代安培型酶生物传感器的响应,检测机理叙述如下:

A. 氧化还原酶类:

以葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase GOD)为例,用氧化还原酶的天然电子受体—氧来作为酶的氧化还原活性中心的电子受体,其响应机理如下:

酶膜: GOD (FAD) + glucose + H

2O

2

GOD (FADH

2

) + gluconic acid

GOD (FADH

2) + O

2

GOD (FAD) + H

2

O

2

电极:过氧化氢电极

H

2O

2

2H+ + O

2

+ 2e-

或氧电极

O

2 + 4H+ + 4e- 2H

2

O

B. 非氧化还原酶类:

以乙酰胆碱脂酶(acetylcholinesterase,ACH)为例:

酶膜: Acetylcholine + ACH Acetic acid + choline 电极:pH电位传感器

此类生物传感器通过检测反应物的消耗(O

2的减少)或产物的增加(H

2

O

2

或H+)

来反映被测物的浓度变化。检测O

2

的消耗一般采用Clark型氧电极,但是这种检

测易受环境中氧分压波动的影响,响应时间较长且难以进行活体分析,其灵敏度也不太高。为提高灵敏度可以采取化学循环放大的方法[33]。自70年代化学修饰电极发展起来后,化学修饰电极代替传统氧电极检测氧取得了很好的效果,金属卟啉类催化氧还原效率高、响应快,在生物传感器方面的应用也取得了成功[34]。

无论采用什么方式检测,O

2

消耗量总是受氧分压的影响,因此人们把注意力

转向检测H

2O

2

的生成。H

2

O

2

在金属电极和碳电极上氧化的过电位均较高,一般在

+0.6 V—+0.8 V vs. Ag/AgCl。这样高的检测电位使抗坏血酸、尿酸、乙酰氨基酚等电活性物质干扰严重。解决这一问题是采用各种选择性渗透膜去掉干扰物质;另一方法就是采用化学修饰电极降低过电位,如普鲁士蓝修饰电极等[35],但其灵敏度始终受到体系中溶解氧浓度的限制。

1.2 第二代生物传感器

为克服第一代生物传感器受氧分压影响和H

2O

2

过电位高、干扰多、受氧溶解

度限制等,自70年代起人们开始用小分子的电子传递媒介体来代替氧沟通酶的活性中心与电极之间的电子通道,通过检测媒介体的电流变化来反映底物浓度的变化,构造了第二代生物传感器。第二代安培型酶生物传感器的响应及检测机理分述如下:

A. 氧化还原酶以GOD为例:

酶膜: GOD (FAD) + glucose + H

2O

2

GOD (FADH

2

) + gluconic acid

GOD (FADH

2) + Med

ox

GOD (FAD) + Med

red

电极: Med

red Med

ox

+ nH+ + ne-

B. 过氧化物酶(Peroxidase)以辣根过氧化物酶(Horseradish peroxidase HRP)为例:

酶膜: H

2O

2

+ HRP Compound Ⅰ + H

2

O

Compound Ⅰ + Med

red Compound Ⅱ + Med

ox

Compound Ⅱ + Med

red HRP + Med

ox

电极: Med

ox + H+ + e- Med

red

C. 脱氢酶(Dehydrogenase,DH) .

酶膜: SH

2

+ NAD+ + DH S + NADH + H

NADH + Med

ox Complex Med

red

+ NAD+

电极: Med

red Med

ox

+ nH+ + ne-

优良的电子媒介体应具备如下性质:

①. 可与酶的氧化还原型辅基快速反应;

②. 能吸附或滞留在电极表面;

③. 呈现可逆的电极反应动力学;

④. 具有较低的氧化还原电位,并与pH无关;

⑤. 氧化还原形式能稳定存在;

⑥. 对氧惰性或非反应活性;

⑦. 无毒或毒性很低。

自八十年代中期以来,介体型酶电极的发展在改善酶电极性能方面取得长足的进步,Turner课题组率先发表了这方面的研究成果[36],由于采用二茂铁作为电子传递媒介体在电极表面和酶催化反应层间起传递电荷的作用,替代了氧的作用,而且二茂铁的氧化(产生信号的反应)可以在很低的电位下(通常+0.15 V至+0.25 V)发生,而不一定需要催化的或贵金属电极。在如此低的电位下,其它可氧化化合物的干扰是很小的,因此电流测定灵敏度更高,响应更稳定。二茂铁基的葡萄糖传感器如图1-3所示。此后,介体型酶电极逐渐成为生物传感器家族中的主角,研究工作主要集中在电子传递媒介体的选择和其在电极表面的修饰方法的研究方面。已见报道的电子媒介体数量较多,最常见的有铁氰化物、二茂铁及其衍生物、吩嗪类及吩噁嗪、吩噻嗪类化合物(如甲基蓝、亚甲蓝、硫堇、麦尔多拉蓝、劳氏紫、吩嗪甲酯、甲苯胺蓝、紫精化合物等)[37]和聚对苯二胺等。此外,Ru、Os的化合物[38]、有机导电盐(39)、金属卟啉、酞箐[401等也常作为媒介体使用。媒介体存在的方式有两种:一种是溶解在试样的溶液中,另一种是固定在生物敏感膜内。由于前者必须向试样中不断加入媒介体,这类传感器不利于商品化、实用化。而后者,在测量时无需加入其它试剂(被称reagentless[41],为活体检测提供了方便,因此已成为传感器研制的一种趋势。

在构造reagentless型安培酶传感器时,需要固定媒介体。固定媒介体的方法,己报道的有以下几种:

(1) 靠静电相互作用固定媒介体。用具有离子交换功能的无机、高分子材

料,富集媒介体,作为媒介体库。使用的无机材料有分子筛、蒙脱土、粘土等[42]。使用的高分子材料主要是Nafion和Easterman AQ等[43]。负载的媒介体有紫精类和阳离子染料类化合物[44]。这种方法的优点是固定化方法简单,不需要复杂的化学合成,可以方便地调节媒介体的载量.缺点是在使用过程中媒介体不可避免地泄露。

(2) 共价键合媒介体。共价键合又可分几种方式。一种是媒介体化学修饰酶,

也就是把媒介体化学合成到酶分子上[45]。另一种方法是把媒介体化学合成到高分子链上[46]。比如含钌、锇的吡啶类配合物的聚乙烯基吡啶,含钌、锇的咪唑类配合物的聚乙烯咪唑,含二茂铁的聚丙烯酰胺,含二茂铁的聚吡咯,聚乙烯二茂铁,聚烯丙胺二茂铁,烷基吡咯取代的紫精。再一种方法是在自组装膜上键合上一层媒介体,然后再共价键合酶分子[47]。这类方法的优点是媒介体固定牢固,缺点是化学合成比较麻烦。

(3) 物理包埋法。碳糊电极可以同时固定媒介体和酶分子,因而电极的制备

简单,可以包埋多种媒介体,而缺点是碳糊包埋的媒介体不稳定,使用时会不可避免地发生泄露。当前发展起来的溶胶—凝胶法也可以方便地固定媒介体和酶分子,并且由于其物理包埋和孔径阻碍作用,四硫富瓦烯(Tetrathiafulvalene TTF)等媒介体可以被牢牢的固定住[48]。

1.3 第三代生物传感器

尽管媒介体型第二代生物传感器有许多优点,人们仍在追求酶与电极间的直接电子转移,因为基于这种原理制备的传感器与氧或其它电子受体无关,无需引入外加媒介体.因此固定化相对简单,无外加毒性物质,是最理想的生物传感器。利用酶自身与电极间的直接电子转移来完成信号的转换的生物传感器被称为第三代生物传感器。迄今为止,报道较多的主要是过氧化物酶传感器,以HRP为例,其响应机理:

酶层: HRP

red + H

2

O

2

HRP

ox

+ H

2

O

电极: HRP

ox + e- HRP

red

蛋白质电化学表明,电子交换速率依赖于蛋白质的性质、电极材料和电极/电解质界面的状态[49],只有一些分子量相对低的电子载体—细胞色素C、细胞素C

5

,铁氧化还原蛋白、黄素氧化还原蛋白和一些其它蛋白质,可以在金属酶电极上观测到电子的直接传递[50]。高分子量酶的活性中心深埋在多肽结构内部,因而很难发生直接电子传递。有机金属具有许多其它导电材料目前为止具有的特性,这种酶电极具有一个基本特征。首先,能够在现场产生媒介体,有机金属成分的变化可以改变媒介体的性质和它的溶解性,而且有机金属的耐腐蚀性也很重要。第二,有机金属的表面张力远低于金属电极。因而酶吸附在有机金属上时变性会很少。而且有机金属成分变化可以改变它的静电位,这样就可以吸附大量活性的酶。第三,有机金属的结构与半导体聚合物一样可以在高导电基质上引入生物催化剂[51],在导电有机盐(具有电子导电性的电荷传递有机复合物)构成的电

极上由GOD引起的葡萄糖氧化反应与氧浓度无关。这种电极作用的机理还不清楚,不清楚还原态的酶的氧化是在电极表面[52]进行还是通过低浓度的电极溶解产物的媒介体[53]而进行。

对氧化酶来说如GOD,真正依靠GOD与电极之间直接的电子转移来实现检测葡萄糖浓度的还不多。Koopal的一系列工作还可以看作上直接电化学[54],他们采用独特的方式将GOD固定在聚吡咯中。但最近有人认为该传感器的响应是葡萄糖在金属铂膜上直接氧化的结果。著名的Heller把二茂铁修饰到GOD上以获得直接电化学(不能算是真正的直接电化学),只是一种比较有效的第二代媒介体型的传感器。

但是许多含血红素的酶的直接电化学却屡有报导.许多基于过氧化物酶直接电化学的检测过氧化氢和有机过氧化物的第三代生物传感器被制备出来[55]。辣根过氧化物酶、细胞色素C过氧化物酶、霉菌过氧化物酶、乳过氧化物酶及微过氧化物酶,血红素九肽均可与合适的电极表面进行直接电子转移,用作过氧化氢传感器和与过氧化氢有关的双酶传感器[56]。同时含有血红素和黄素或吡咯并喹啉(Pyrroloquinoline quinone PQQ)辅基的一些酶也能实现直接电子转移[57],如PQQ—蔗糖脱氢酶,D-葡萄搪酸酯脱氢酶等都能在无媒介体条件下直接检测蔗糖和D-葡萄糖酸。第三代传感器工作电势较低(通常+0.2~+0.4 V ).具有媒介体传感器的所有优点,而且它们是典型的固体状态的传感器。在制备过程中没有可溶或部分溶解的化合物。基于这种原理制成的传感器已成功的用于检测鼠大脑中的葡萄糖浓度[58-59]。最常见的第三代传感器是使用PPy[60.61],四氰基喹啉并二甲烷((2,5-Cyclohexadiene-1,4-diylidene)-dimalononitrile TCNQ)和PA聚合物

[62-65]等,通过恒电位或循环伏安法制备。

利用有机导电盐固定酶有两种方式,用其作为新的电极材料,或者将酶固定在有机聚合物中。酶包埋在电合成的聚合物中而制备的电流式酶电极是典型的第三代传感器制备方法。这种方法通常涉及一种较适宜的单体在含有酶的支持电解质中的电化学氧化,从而在电极表面形成一层聚合物膜。这样可以更好的利用有机导电盐的性能。这种方法的优点是:一步就能完成所有化学物质的制备,可以控制酶的空间分布和酶层厚度,有可能制备多层和/或多酶结构。但是,电化学固定酶具有一些缺点:导电聚合物基酶膜对于阴离子内源(Endogenous)电活性物质缺少选择性透过性(如抗坏血酸、尿酸),这些电活性物质能直接在聚合物表面直接氧化,因而抗干扰性较差。在体内的进一步应用受到所涉及的电极材料的生物相容性的限制。一些底物和酶事实上与一定的聚合基质或电聚合过程中的电极表面产生的化学环境不相容[66]。并且似乎只有酶在电极表面表现出有效的非变性吸附时,电化学固定才是成功的[67]。甚至在形成较厚的导电聚合物时,将酶包埋至生长的膜中也要求聚合物和酶间具有静电亲和力。例如,正电荷蛋白质不能有效地包埋聚吡咯膜中[68]。而且包埋酶聚合物的老化(即扩散分离性能的改变)和固定酶量较少(典型是一个单层),会显著地减少这些生物传感器的长期稳定性。

克服上述问题的一个方法是“杂化”生物传感器设计。导电聚合物常常与导电媒介体结合使用。较为成功的是在聚阴离子搀杂聚吡咯修饰的电极上生长垂直于表面的四硫富瓦烯—四氰基喹啉并二甲烷(TTF-TCNQ)树状晶体结构,并通过戊二醛将GOD交联于其中[691]。 GOD与电极的牢固结合使传感器性能非常稳定。工作电压较低(0.25V vs. Ag/AgCI) 使用寿命较长,连续使用100天仍保留最初电流的40%,受氧及其体液中的电活性物质干扰较小。将电合成非导电聚合物的选

择透过性优点,与经典酶固定方法相结合也得到了较好的结果。Toshio Y.等[70]在聚1,2一二氨基苯膜修饰的电极上通过溶胶一凝胶法固定GOD。这样可以利用聚1,2一二氨基苯的选择透过性,以及溶胶—凝胶法的高酶负载。Guerrieri A.等[71]通过戊二醛将葡萄糖氧化酶与牛血清蛋白交联至过氧化聚吡咯修饰的电极上。交联过程保持了固定化酶的高负载和长期稳定性,同时保留了底层过氧化聚毗咯的选择透过性。这样制备的葡萄糖传感器具有高灵敏度、较宽的线性范围(达12毫摩尔),完全避免了干扰,响应时间仅为儿秒钟。连续工作24小时,响应无明显变化,储存寿命超过3个月。但是,在这些情况下,电聚合物只起选择透过性膜的作用。而未作为酶电子传递发生的部位。利用聚吡咯制备的生物传感器,工作电位仍很高(0.65~0.7V)。这样很难说聚吡咯所起的作用是直接电子传递。因而导电有机材料制备第三代传感器很困难。需要寻求其它新型的材料和方法制备直接传递电子的传感器。

近年来一些文献中报导了在金溶胶、石英玻璃、石墨、多孔二氧化硅[72-73]以及粘土[74]等无机材料中固定酶,它为生物传感器的发展翻开了新的一页。金溶胶纳米颗粒由于吸附生物大分子后仍能保留其生物活性,因而最初广泛用于电子显微镜中标记生物分子[75.77]. A .L.Crumbliss[78]等人研究了碳酸脱水酶(carbonic anhydrase BCA),黄嘌呤氧化酶(Xanthine oxidase XO), HRP, GOD可以牢固地吸附在30或50nm的金纳米颗粒表面,实验表明固定化酶的活性与天然酶活性基本相同。所以九十年代初开始,金纳米颗粒溶胶被用于固定化酶制备生物传感器。A.L.Crumbliss et a1.[79]使用50 nm的金纳米颗粒溶胶吸附BCA,XO, HRP 或者GOD,然后电沉积在铂盘电极或玻碳电极表面。这些电极可以有效的保留固定化酶的活性,并能对酶底物产生电化学响应。但是文中未对生物传感器的电化学性能进行深入的研究。J.G.Stonehuemer et al[80]报导用30-50nm的金纳米颗粒溶胶吸附HRP。这种酶电极的线性范围为:0.1-200uM,测定下限小于0.1 uM,并且稳定性和重现性也很好。J. Zhao et al[81]用相似的方法制备了XO—金纳米颗粒电极。这种传感器的灵敏度高于当时其它文献报道的XO电极的灵敏度。也有报道[82]利用金纳米颗粒制备出直接电子传递的过氧化氢电极。这种电极可以工作在0 V(Ag/AgCl)下。因此纳米颗粒将很可能是制备直接电子传递的第三代生物传感器的新型材料。但是目前国内外对纳米可以固定化酶的研究还很少,而且所使用的纳米颗粒只有金、二氧化硅两种,颗粒的粒径也比较大(几十纳米)。很有必要对此进行深入的研究。

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)

生物传感器分析解析

阅读报告 生物传感器 教学单位:机电工程学院 专业名称:机械设计制造及其自动化 学号: 学生姓名: 指导教师: 指导单位:机电工程学院 完成时间: 电子科技大学中山学院教务处制发

生物传感器 摘要 传感器(英文名称:transducer/sensor)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。 传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。 生物传感器(biosensor),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。 关键词:传感器生物传感器

目录 1 生物传感器 (1) 1.1生物传感器简介 (1) 2 生物传感器的介绍 (2) 2.1组成结构及工作原理 (2) 2.2技术特点 (2) 2.3国内外应用发展情况及应用案例 (3) 2.3.1国内应用发展 (3) 2.3.2国外应用发展 (3) 2.3.3应用案例 (4) 参考文献 (6)

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

生物传感器作业第一次

1.什么是生物传感器?主要由哪几部分组成,分别有什么功能. 答: 生物传感器:用生物质作为敏感元件的一种传感器。 主要部件:生物敏感膜(或称作分子识别原件)和换能器 生物敏感膜是生物传感器的关键元件,直接决定传感器的功能和质量 换能器的作用是将各种生物的、化学的和物理的信息转化成电信号 2.什么是酶联免疫测定法?描述其两种检测方法,可画图说明.并举一两个例子。答: 所谓酶联免疫测定法是指用酶促反应的放大作用来显示初级免疫学反应。主要有: 一、夹心法,多用于检测大分子物质,其操作步骤如下: (1)将特异性抗体与固相载体连接,形成固相抗体:洗涤除去未结合的抗体及杂质。 (2)加受检标本:使之与固相抗体接触反应一段时间,让标本中的抗原与同相载体上的抗体结合,形成固相抗原复合物。洗涤除去其他未结合的物质。(3)加酶标抗体:使同相免疫复合物上的抗原与酶标抗体结合。彻底洗涤未结合的酶标抗体。此时固相载体上带有的酶量与标本中受检物质的量正相关。(4)加底物:酶催化底物成为有色产物。根据颜色反应的程度进行该抗原的定性或定量。 举例:(1)应用双抗体夹心法可检测人体中的免疫球蛋白D的含量;(2)应用双抗体夹心法检测患者血清中的抗环瓜氨酸肽抗体的含量。 二、竞争法,多用于小分子或半抗原的检测,操作步骤如下: (1)将特异抗体与固相载体连接,形成固相抗体,洗涤。

(2)待测管中加受检标本和一定量酶标抗原的混合溶液,使之与固相抗体反应。如受检标本中无抗原,则酶标抗原能顺利地与固相抗体结合。如受检标本中含有抗原,则与酶标抗原以同样的机会与固相抗体结合,竞争性地占去了酶标抗原与固相载体结合的机会,使酶标抗原与固相载体的结合量减少。参考管中只加酶标抗原,保温后,酶标抗原与同相抗体的结合可达最充分的量。洗涤。 (3)加底物显色:参考管中由于结合的酶标抗原最多,故颜色最深,参考管颜色深度与待测管颜色深度之差,代表受检标本抗原的量。待测管颜色越淡,表于标本中抗原含量越多。 图示如下: 举例:(1)利用竞争法检测乙型肝炎病毒核心抗体的影响因素;(2)利用竞争法检测蓝舌病抗体的含量。 3. DNA的三级结构? 答: 一级结构:脱氧核苷酸在长链上的排列顺序 二级结构:双螺旋链(碱基配对原则) 三级结构:超螺旋结构 4.生物敏感元件的固定化方法有哪几种?分别有什么特点.酶和DNA分别常用哪几种固定方法. 答: (1)生物敏感元件常用固定方法有:夹心法、包埋法、吸附法、共价结合法、交联法、微胶囊法 (2)各方法的特点: 夹心法:操作简单,不需要化学处理,固定生物量大,响应速度快,重现性好,

生物传感器产业现状和发展前景

生物传感器产业现状和发展前景 冯德荣 1.1 生物传感器概述 生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域,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。它们的共同特征是:探索和揭示出生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本规律,探讨应用于人类经济活动的基本方法。生物传感器技术的研究重点是:广泛地应用各种生物活性材料与传感器结合,研究和开发具有识别功能的换能器,并成为制造新型的分析仪器和分析方法的原创技术,研究和开发它们的应用。生物传感器中应用的生物活性材料对象范围包括生物大分子、细胞、细胞器、组织、器官等,以及人工合成的分子印迹聚合物(molecularly imprinied polymer,MIP)。由于研究DNA分子或蛋白质分子的识别技术已形成生物芯片(DNA芯片、蛋白质芯片)独立学科领域,本文对这些领域将不进行讨论。 生物传感器研究起源于20世纪的60年代,1967年Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶(GOD)固定化膜和氧电极组装在一起,首先制成了第一种生物传感器,即葡萄糖酶电极。到80年代生物传感器研究领域已基本形成。其标志性事件是:1985年“生物传感器”国际刊物在英国创刊;1987年生物传感器经典著作在牛津出版社出版;1990年首届世界生物传感器学术大会在新加坡召开,并且确定以后每隔二年召开一次。 此后包括酶传感器的生物传感器研究逐渐兴旺起来,从用一种或多种酶作为分子识别元件的传感器,逐渐发展设计出用其他的生物分子作识别元件的传感器,例如酶—底物、酶—辅酶、抗原—抗体、激素—受体、DNA双螺旋拆分的分子等,把它们的一方固定化后都可能作为分子识别元件来选择地测量另一方。除了生物大分子以外,还可以用细胞器、细胞、组织、微生物等具有对环境中某些成分识别功能的元件来作识别元件。甚至可以用人工合成的受体分子与传感器结合来测定微生物、细胞和相关的生物分子。 与生物活性材料组合的传感器可以是多种类型的物理或化学传感器,如电化学(电位测定、电导测定、阻抗测定)、光学(光致发光、共振表面等离子体)、机械(杠杆、压电反应)、热(热敏电阻)或者电(离子或者酶场效应晶体管)等等。所有这些具有生物识别功能的组合体通称为生物传感器。 按期召开的世界生物传感器学术大会记录了生物传感器技术发展的历程,总汇了这一领域的发展新动向。例如1992年在德国慕尼黑“国际生物传感器流动注射分析与生物工艺控制”学术会议上对生物工艺控制和在线系统进行研讨,至今仍作为研究者攻关的课题。2004年在西班牙格拉纳达会展中心召开的第八届世界生物传感器大会可以说是世界生物分析系统领域的一次大的盛会[1],参会代表人数和发表论文数量都创造了历史新高。共有700余名来自世界各地的学者参加了本届大会,第八届世界生物传感器大会涉及领域内容空前广泛,对9个专题进行了分组讨论。包括核酸传感器和DNA芯片、免疫传感器、酶传感器、组织和全细胞传感器、用于生物传感器的天然与合成受体、新的信号转导技术、系统整合/蛋白质组学/单细胞分析、生物电化学/生物燃料/微分析系统、商业发展和市场。其中,单分子/细胞分析和生物印迹生物传感器由于它们良好的发展态势及在生命科学研究中的重要位置成为与会学者讨论的热点问题。

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

生物传感器产业现状和发展前景

生物传感器产业现状和发展前景 1.1 生物传感器概述 生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域,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。它们的共同特征是:探索和揭示出生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本规律,探讨应用于人类经济活动的基本方法。生物传感器技术的研究重点是:广泛地应用各种生物活性材料与传感器结合,研究和开发具有识别功能的换能器,并成为制造新型的分析仪器和分析方法的原创技术,研究和开发它们的应用。生物传感器中应用的生物活性材料对象范围包括生物大分子、细胞、细胞器、组织、器官等,以及人工合成的分子印迹聚合物(molecularly imprinied polymer,MIP)。由于研究DNA分子或蛋白质分子的识别技术已形成生物芯片(DNA芯片、蛋白质芯片)独立学科领域,本文对这些领域将不进行讨论。 与生物活性材料组合的传感器可以是多种类型的物理或化学传感器,如电化学(电位测定、电导测定、阻抗测定)、光学(光致发光、共振表面等离子体)、机械(杠杆、压电反应)、热(热敏电阻)或者电(离子或者酶场效应晶体管)等等。所有这些具有生物识别功能的组合体通称为生物传感器。 1.2 中国生物传感器技术发展的过程 中国生物传感器研究始于20世纪八十年代初,从事生物传感器研究的科研机构有中国科学院微生物所、中国科学院上海生化所、上海冶金所、中国科学院武汉病毒所、华东理工大学和山东省科学院生物研究所等单位,直至今日,这些单位仍在生物传感器领域进行着创新研究和开发。最早展开生物传感器的研讨活动是1986年由中国微生物协会酶工程专业技术委员会组织的第一届工业生化及酶工程全国学术会议。中国酶工程专业技术委员对这一领域的国内外学术交流起到很好的作用,其活动包括定期召开的全国性酶工程学术会议和每隔二年一次的中日酶工程学术会议,其中生物传感器都是重要的研讨议题。

生物传感器技术发展的现状和未来展望

读后感 学号:2009221930 专业:检验生物技术姓名:刘志成 从上世纪60年代Clark和Lyon提出生物传感器的设想开始,生物传感器的发展已经距今已有40 多年的历史了。作为一门在生命科学和信息科学之间发展起来的一门交叉学科,生物传感器在发酵工艺、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。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。 一、生物传感器的定义与其发展历史回顾 作为生物,最基本特征之一就是能够对外界的各种刺激作出反应。其所以能够如此,首先是由于生物能感受外界的各类刺激信号,并将这些信号转换成体内信息处理系统所能接收并处理的信号。例如,人能通过眼、耳、鼻、舌、身等感觉器官将外界的光、声温度及其它各种化学和物理信号转换成人体内神经系统等信息处理系统能够接收和处理的信号。现代和未来的信息社会中,信息处理系统要对自然和社会的各种变化作出反应,首先需要通过传感器将外界的各种信息接下来并转换成信息系统中的信息处理单元(即计算机)能够接收和处理的信号。 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"。生物传感器由两个主要关键部份所构成,一为来自于生物体分子、组织部份或个体细胞的分子辨认组件,此一组件为生物传感器信号接收或产生部份。另一为属于硬件仪器组件部份,主要为物理信号转换组件。因此,如何已生化方法分离、纯化甚或设计合成特定的生物活性分子(biological active materials),结合精确而且响应快速的物理换能器(transducers)组合成生物传感器反应系统,实为研究生物传感器的主要目的。 生物传感器可以如上述的那样,依照其感受器中所采用的生命物质而称为组织传感器、细胞传感器、酶传感器等等,也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、胰岛素传感器等,还可根据其用途统称为免疫传感器。药物传感器等等。生物传感器中的信号转换器,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。依照信号转换器的不同,也可将生物传感器进行分类,如压电晶体生物传感器、场效应管生物传感器等。 生物传感器的发展,自1962年Clark和Lyon两人提出酵素电极的观念以后,YSI公司于七零年代即积极投入商品化开发与生产,启开了第一代生物传感器于1979年投入医检市场,最早的商品为血糖测试用酵素电极。YSI公司的上市成功与八零年代电子信息业的蓬勃发展有很密切的关系,并且一举带动了生物传感器的研发热潮。Medisense公司继续以研发第一代酵素电极为主,于1988年由于成功的开发出调节(mediator)分子来加速响应时间与增强测试灵敏度而声名大噪,并以笔型(Pen 2)及信用卡型(companion 2)之便携式小型生物传感器产品,于1988年上市后立即袭卷70%以上的第一代产品市场,成为生物传感器业的盟主。第二代的生物传感器定义为使用抗体或受体蛋白当分子识别组件,换能器的选用则朝向更为多样化,诸如场效半导体(FET),光纤(F OS),压晶体管(PZ),表面声波器(SAW)等。虽然第二代的生物传感器,自八零年代中期即开始引起广泛的研发兴趣,但一般认为尚未达医检应用阶段,预定相关技术须待世纪末前方能成熟。目前可称的上第二代的生物传感器产品为1991年上市的瑞典商Pharmacia所推出的BIAcore与BIA lite两项产品。 二、未来的展望

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。

生物传感器产业现状

1.1 生物传感器概述 生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域,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。它们的共同特征是:探索和揭示出生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本规律,探讨应用于人类经济活动的基本方法。生物传感器技术的研究重点是:广泛地应用各种生物活性材料与传感器结合,研究和开发具有识别功能的换能器,并成为制造新型的分析仪器和分析方法的原创技术,研究和开发它们的应用。生物传感器中应用的生物活性材料对象范围包括生物大分子、细胞、细胞器、组织、器官等,以及人工合成的分子印迹聚合物(molecularly impri NI ed polymer,MIP)。由于研究DNA分子或蛋白质分子的识别技术已形成生物芯片(DNA芯片、蛋白质芯片)独立学科领域,本文对这些领域将不进行讨论。 生物传感器研究起源于20世纪的60年代,1967年Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶(GOD)固定化膜和氧电极组装在一起,首先制成了第一种生物传感器,即葡萄糖酶电极。到80年代生物传感器研究领域已基本形成。其标志性事件是:1985年“生物传感器”国际刊物在英国创刊;1987年生物传感器经典著作在牛津出版社出版;1990年首届世界生物传感器学术大会在新加坡召开,并且确定以后每隔二年召开一次。 此后包括酶传感器的生物传感器研究逐渐兴旺起来,从用一种或多种酶作为分子识别元件的传感器,逐渐发展设计出用其他的生物分子作识别元件的传感器,例如酶—底物、酶—辅酶、抗原—抗体、激素—受体、DNA双螺旋拆分的分子等,把它们的一方固定化后都可能作为分子识别元件来选择地测量另一方。除了生物大分子以外,还可以用细胞器、细胞、组织、微生物等具有对环境中某些成分识别功能的元件来作识别元件。甚至可以用人工合成的受体分子与传感器结合来测定微生物、细胞和相关的生物分子。 与生物活性材料组合的传感器可以是多种类型的物理或化学传感器,如电化学(电位测定、电导测定、阻抗测定)、光学(光致发光、共振表面等离子体)、机械(杠杆、压电反应)、热(热敏电阻)或者电(离子或者酶场效应晶体管)等等。所有这些具有生物识别功能的组合体通称为生物传感器。 按期召开的世界生物传感器学术大会记录了生物传感器技术发展的历程,总汇了这一领域的发展新动向。例如1992年在德国慕尼黑“国际生物传感器流动注射分析与生物工艺控制”学术会议上对生物工艺控制和在线系统进行研讨,至今仍作为研究者攻关的课题。2004年在西班牙格拉纳达会展中心召开的第八届世界生物传感器大会可以说是世界生物 分析系统领域的一次大的盛会[1],参会代表人数和发表论文数量都创造了历史新高。共有700余名来自世界各地的学者参加了本届大会,第八届世界生物传感器大会涉及领域内容空前广泛,对9个专题进行了分组讨论。包括核酸传感器和DNA芯片、免疫传感器、酶传感器、组织和全细胞传感器、用于生物传感器的天然与合成受体、新的信号转导技术、系统整合/蛋白质组学/单细胞分析、生物电化学/生物燃料/微分析系统、商业发展和市场。其中,单分子/细胞分析和生物印迹生物传感器由于它们良好的发展态势及在生命科学研究中的重要位置成为与会学者讨论的热点问题。 1.2 中国生物传感器技术发展的过程 中国生物传感器研究始于20世纪八十年代初,从事生物传感器研究的科研机构有中国科学院微生物所、中国科学院上海生化所、上海冶金所、中国科学院武汉病毒所、华东理工大学和山东省科学院生物研究所等单位,直至今日,这些单位仍在生物传感器领域进行着创

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。

生物传感器在医学上的应用

生物传感器在医学上的应用 [摘要]:生物传感器作为一项新兴的科学技术已应用于医学检验分析领域中, 是近来国际上医学检测技术的热点之一[1]。生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂体系中进行在线连续监测等特点[2]。本文综述了生传感器的基本概念、基本原理、特点、分类,并对国内外近几年光学、电化学和压电3种生物传感器及其应用。 [关键词] 生物传感器医学应用发展前景 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。而生物传感器是一类特殊的传感器, 它以生物活性单元( 如酶、抗体、核酸、细胞等) 作为生物敏感单元, 对目标测物具有高度选择性的检测器。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。因其具有选择性好、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, 特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点, 使其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。特别是分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合, 正改变着传统医学、环境科学、动植物学的面貌。生物传感器的研究开发, 已成为世界科技发展的新热点, 形成21 世纪新兴的高技术产业的重要组成部分, 具有重要的战略意义[2]。 2、生物传感综述 2. 1 生物传感器的基本概念[3] 生物传感器是用固定化的生物活性材料( 酶、蛋白质、DN A、抗体、抗原、生物膜等) 与物理化学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。各种生物传感器有以下共同的结构: 包括一种或数种相关生物活性材料( 生物膜) 及能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) , 二者组合在一起, 用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工, 构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。 2. 2 生物传感器的工作原理及特点[3]

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

相关文档
相关文档 最新文档