生物传感器概述.

生物传感器概述及应用概述传感器（sensor，transducer）——感受被测量物，转换成输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。按检测对象划分传感器物理传感器化学传感器生物传感器感受器为非生命物质感受器为生命物质生物传感器定义生物传感器是以固定化的生物材料作为敏感元件，与适当的转换元件结合所构成的一类传感器。酶具有识别特定分子的能力1962年，L.C.Clark酶与电极结合起来测定酶的底物葡萄糖电极1967年，Updike和Hicks第一个酶电极使用溶解性酶，难重复固定化葡萄糖氧化酶（GOD）＋氧电极生物传感器原理配体干扰酶辅酶维生素抗原抗体生物功能膜（酶、微生物、细胞器、组织、细胞、抗原、抗体）待测物质扩散作用固定化生物敏感膜层分子识别生物学反应电信号换能器分类识别元件微生物传感器细胞传感器酶传感器免疫传感器组织传感器换能器光生物传感器热生物传感器生物电极传感器半导体传感器压电晶体传感器检测方法生物传感器的信号处理方法由生物活性元件引起的变化（生物学反应信息）信号处理方法（换能器的选择）电极活性物质的生成或消耗电流检测电极法离子性物质的生成或消耗电位检测电极法膜或电极电荷状态的变化膜电位法、电极电位法质量变化压电元件法阻抗变化电导率法热变化（热效应）热敏电阻法光谱特性变化（光效应）光纤和光电倍增管生物传感器分子识别机理1、酶促反应2、免疫化学反应3、微生物反应4、生物学反应中的物理量变化酶促反应E+S→ES→E+P免疫化学反应抗体Ab抗原Ag微生物反应微生物呼吸或代谢产生一些电活性物质消耗溶液中的溶解氧检测生物学反应中的物理量变化（1）热焓变化根据热力学第二定律，一个能自发进行的反应，总伴随着自由能的降低。△G＝△H－T·△S酶促反应和微生物反应常常释放出可观的热量，根据焓变可定量测定底物的浓度。（2）生物发光生物发光是由于某些生物体内的一些特殊物质（如荧光素）的氧化而产生的现象。（细菌发光其强度取决于积累的还原型FMN的量。）生物学反应中的物理量变化（4）阻抗变化（3）颜色反应生物体内产生色素酶与底物作用后产生有颜色物质培养基中的电惰性物质电活性产物微生物代谢培养液的导电性增大，阻抗降低生物传感器应用领域食品工业食品鲜度鱼鲜度传感器在日本、加拿大等国广泛用于鱼类鲜度的测定。鱼死后体内ATP经酶解依次形成ADP、AMP、IMP、肌苷、次黄嘌呤和尿酸。肉鲜度传感器肉类在腐败过程中会产生各种胺类，故胺类测定能反映肉类的新鲜程度。用腐胺氧化酶与过氧化氢电极构成多胺生物传感器，或用单胺氧化酶膜和氧电极组成的酶传感器测定肉在贮藏过程中的鲜度。环境监测水体检测生化需氧量（BOD）通过微生物吸收有机物时消耗氧而引起电极电流的变化来测定BOD。大气检测NH3，SO2通过氧电极和硝化菌，氧电极和肝微粒体(含亚硫酸盐氧化酶)来测定传感器周围氧气浓度变化。发酵工业微生物检测通过免疫学方法，即获得相应的特异性抗原和抗体进行分析和检测。微生物传感器可用于测量发酵工业中的原材料和代谢产物。还用于微生物细胞数目的测定。利用这种电化学微生物细胞数传感器可以实现菌体浓度连续、在线的测定。医学领域临床医学酶电极是最早研制且应用最多的一种传感器。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可制成微生物传感器。胆固醇测定用胆固醇氧化酶和辣根过氧化物制备酶修饰电极，催化胆固醇生成H2O2，而生成的H2O2在辣根过氧化物酶的作用下被氧化，释放出氧化电流目前市场上的主流仪器德国研发的环境废水BOD分析仪（市场上以德国和日本的仪器占主导）手掌型葡萄糖(glucose)分析仪SBA-50型单电极生物传感分析仪葡萄糖/乳酸/谷氨酸/乙醇生物传感分析仪全自动发酵系统最新进展新型凝胶材料：让电路能自主修复美国得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员，开发出第一种不需要外部的刺激即可自我修复的凝胶材料，材料本身还具备极强的导电性。这项突破将给生物传感器等设备的研制提供帮助。无创血糖测量香港理工大学应用物理学系成功研发极灵敏的晶体管生物传感器，能针对性地反映唾液中的糖分水平，只须小量唾液即可反映其中的糖分水平，更属全球首项同类成功研究。利兹大学的研究团队声称，他们也开发出了一款无创血糖检测设备。目前这项技术已经授权给Glucosense。这项检测设备目前没有命名，研发团队也没有对外公布技术细节以及临床数据。从Glucosense官网介绍来看，这款无创血糖仪使用了新型激光传感器，传感器是利兹大学Jose教授潜心研究多年的研究成果。