生物敏感材料与生物传感器

第七章生物敏感材料与生物传感器第一节概述第二节生物敏感材料第三节生物传感器第一节概述一、分类按用途：治疗用生物敏感材料：自身能感知外界环境的细微变化，并能产生相应的物理结构和化学性质的改变甚至是突变。以响应凝胶为主，以此为基础制成智能型药物体系。检测用敏感材料主要用作传感器中的敏感材料，感知人体的物理量。按敏感特性：磁敏、电敏、光敏、热敏、压电材料第一节概述二、性能要求良好的生物相容性极高的敏感度稳定、可靠、长寿命第二节生物敏感材料1、医用磁生物材料磁场生物效应磁场使红细胞体积增大，携氧能力增加，有利于改善组织的供血供氧状态，促进代谢。脉冲强磁场能选择性地抑制肿瘤细胞的生长繁殖。磁场有改善血液流变学的作用。磁场有促进创口愈合作用，加速组织的愈合作用利用热磁效应进行医疗检测或控制释药、治疗磁性接骨板加快了骨折的愈合氧敏感顺磁性生物医学传感器材料EPR（ElectronicParamagneticResonance）氧生物医学传感器属于在线检测生物医学传感器,它是利用EPR技术测试活体组织的氧分压,形成类似核磁共振的生物组织影像。兼有对EPR敏感并对氧敏感的特性——碳黑材料、卟啉类化合物和菁染料类化合物材料的颗粒已经能进入小鼠体内各个组织，甚至是尾部、耳部、眼睛的毛细管内。小鼠更无中毒表现。传感器在小鼠体内能稳定存在较长时间（3月）后逐渐由体内代谢。通过血流量的超声测试，验证了传感器已达到了预期的效果。磁导向磁性药物磁性药物载体的磁导向定位已成功地应用于胃癌、膀胱癌的实验研究，以及胸部肿瘤和消化道肿瘤的临床治疗。2、生物医用光敏材料光纤生物传感器——测定血清中的自由胆固醇含量卤化银光纤CO2激光手术刀主要用于检测：人体血压检测；心音、颈动脉和颈静脉静波检测；血流量测定；呼吸系统计量等。常用材料：压电石英单晶——微重力免疫生物传感器、超声波诊断仪压电陶瓷3、生物医用压电材料4、生物医用热敏材料热敏电阻陶瓷：用于测量人体深部体温变化温度响应性材料：形状记忆合金第三节生物传感器传感器主要由信号感受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（如电信号和光信号）。例如，压力传感器能感受压力信号并将压力信号转换成电信号，湿度传感器能感受湿度的大小并将湿度大小转换成电信号等。生物传感器是近几十年内发展起来的一种新的传感器技术。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个交叉学科。第三节生物传感器1、与传统传感器的区别传统传感器：信号感受器完全由非生命物质组成生物传感器：感受器中含有生命物质，例如将一定的植物细胞或动物细胞作为感觉器，可以制成各种细胞传感器用生物组织作感受器可制成组织传感器（或称为组织电极）将一些特定的细胞器从细胞里分离出来作为感受器，可制成细胞器传感器将微生物作为感受器可制成微生物传感器将生物分子如蛋白质、核酸等作为感受器，更成为当代生物传感器发展的主流2、分类感受器所采用的生命物质组织传感器、细胞传感器、酶传感器等等所监测的物理量、化学量或生物量热传感器、光传感器、胰岛素传感器等其用途免疫传感器、药物传感器等等。2、分类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，压电晶体生物传感器、场效应管生物传感器等。3、生物传感器的特点4、电化学生物传感器5、场效应晶体管（FET）生物传感器场效应晶体管（FET）6、石英晶体微天平QCM－D传感器研究内容脂类双层膜上的DNA杂交酶降解聚电解质多层膜细胞粘附生物相容性7、表面等离子共振（SPR）Surfaceplasmonresonance8、生物芯片9、生物传感器应用应用领域医疗、医药、生物工程、环境保护、食品、农业、畜牧等与生命科学关系密切的一些领域。例如：临床上用免疫传感器等生物传感器来检测体液中的各种化学成分，为医生的诊断提供依据；生物工程产业中用生物传感器监测生物反应器内各种物理、化学、生物的参数变化以便加以控制；环境监测中用生物传感器监测大气和水中各种污染物质含量，食品行业中用生物传感器检测食品中营养成分和有害成分的含量、食品的新鲜程度等。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。卫生保健和生命科学领域