生物传感器

自从20世纪60年代酶电极问世以来,生物传感器获得了巨大的发展,已成为酶分析法的一个日益重要的组成部分。生物传感器的产生是生物学、医学、电化学、热学、光学及电子技术等多门学科相互交叉渗透的产物,具有选择性高、分析速度快、操作简单、价格低廉等特点,在工农业生产、环保、食品工业、医疗诊断等领域得到了广泛的应用。

生物传感器是利用生物活性物质(即生物元件)做敏感器件,配以适当的换能器(即信号传导器)所构成的分析检测工具。

生物传感器由敏感元件(或生物元件)和信号传导器组成。生物元件有:生物体、组织、细胞、细胞器、细胞膜、酶、酶组分、感受器、抗体、核酸、有机分子等。传导器有:电流测量式、电流测定式、电导率测量式、阻抗测定式、光强测量式、热量测量式、声强测量式、机械式、“分子”电子式等。

—、生物传感器的优点

生物传感器的优点是:费用和成本低,采用固定化酶作催化剂,可重复多次使用;专一性好,只对特定的底物起反应,因此一般不需要进行样品的预处理,干扰少;分析速度快,通常可在l分钟内得到结果;准确性高,一般相对误差小于1%;操作系统简单,容易实现自动化分析。

二、几种常用生物传感器

酶传感器酶传感器是发展最早,也是目前最成熟的一类生物传感器。它是在固定化酶的催化作用下,生物分子发生化学变化后,通过换能器记录变化从而间接测定出待测物浓度。

目前国际上已研制成功的酶传感器有20余种,其中最成熟的是葡萄糖传感器。使用时将酶电极浸入到样品溶液中,溶液中的葡萄糖即扩散到酶膜上,在固定于酶膜上的葡萄糖氧化酶作用下生成葡萄糖酸,同时消耗氧气,通过氧电极测定溶液中氧浓度的变化,推测出样品中葡萄糖的浓度。

组织传感器利用动植物组织中多酶系统的催化作用来检测待测物。由于所利用的是组织中的酶,无需人工提纯过程,因而较稳定,使用时间长。

微生物传感器将微生物固定在生物敏感膜上,利用微生物的呼吸作用或所含有的酶类,来测定待测物质尤其是发酵过程中的物质浓度。

免疫传感器利用抗原和抗体之间的高度特异性,将抗原(或抗体)结合在生物敏感膜上,来测定样品中相应抗体(或抗原)的浓度。

场效应晶体管生物传感器结合了晶体管工艺,所需酶或抗体量很少,被认为是第三代生物传感器。目前实际应用不多,但发展潜力巨大。

近年来,生物传感器的研制和开发已取得了显著的进展,在许多行业都具有潜在应用价值。未来在与分子电子学、生物电子学等前沿学科的结合过程中,必将创造出更灵敏更新颖的生物传感器,并将使生物传感器向着微型化、便携化和实用化发展。其中生物感受系统水平上的传感器仍为主要发展方向。