“物联网新宠”——生物传感器

不能说的秘密

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。
应用领域：环境监测、食品分析、生物医学

开端于20世纪60年代。
1962年克拉克等人报道了用葡萄糖氧化酶与氧电极组合检测葡萄糖的结果, 最早提出了生物传感器(酶传感器)的原理。
1967年实现了酶的固定化技术,研制成功酶电极,这被认为是世界上第一个生物传感器
20世纪70年代中期，生物传感器技术的成功主要集中在对生物活性物质的探索、活性物质的固定化技术、生物电信息的转换以及生物传感器等研究，如Divies首先提出用固定化细胞与氧电极配合，组成对醇类进行检测所谓“微生物电极”。
1977年，钤木周一等发表了关于对生化需氧量(BOD)进行快速测定的微生物传感器的报告，并在微生物传感器对发酵过程的控制等方面作了详细报导，正式提出了对生物传感器的命名。

生物传感器(biosensor)是利用某些生物活性物质所具有的高度选择性来识别待测化学物质的一类传感器。
生物传感器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。
它是对物质在分子水平上进行快速和微量分析的方法。

1.原理
生物传感器的结构一般是在基础传感器(如电化学装置）上再耦合一个生物敏感膜（称为感受器或敏感元件）。生物敏感膜紧贴在探头表面上，再用一种半渗透膜与被测溶液隔开。当待测溶液中的成分透过半透膜有选择地附着于敏感物质上时，形成复合体，随之进行生化和电化学反应，产生普通电化学装置能感知的O2、H2、NH4+、CO2等或光声等信号，并通过信号转换元件转换为电信号。


生物敏感膜
利用生物体内具有特殊功能的物质制成的膜与被测物质接触时伴有物理、化学变化的生化反应可以进行分子识别。
生物敏感膜是生物传感器的关键元件，它直接决定着传感器的功能与质量。

信号转换器
信号转换器是将分子识别元件进行识别时所产生的化学的或物理的变化转换成可用信号的装置。生物传感器的信号转换器已有许多种，其中到目前为止用得最多的且比较成熟的是电化学电极，用它组成的生物传感器称为电化学生物传感器。

将化学变化转变成电信号
以酶传感器为例，酶催化特定底物发生反应，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、过氧化氢电极。
将热变化转换成电信号
固定化的生物材料与相应的被测物作用时常伴有热的变化。例如大多数酶反应的热焓变化量在25-100kJ/mol的范围。这类生物传感器的工作原理是把反应的热效应借热敏电阻转换为阻值的变化,后者通过有放大器的电桥输入到记录仪中。
将光信号转变为电信号
例如，过氧化氢酶能催化过氧化氢/鲁米诺体系发光，因此如设法将过氧化氢酶膜附着在光纤或光敏二极管的前端，再和光电流测定装置相连,即可测定过氧化氢含量。
还有很多细菌能与特定底物发生反应，产生荧光，也可以用这种方法测定底物浓度。

2.生物传感器的特点
操作简单，需用样品少，能在短时间内完成测定。
一般不需进行样品的预处理，它利用本身具备的优异选择性把样品中被测组分的分离和检测统一为一体，测定时一般不需另加其他试剂,使测定过程简便迅速，容易实现自动分析。
可进入生物体内，进行活体分析。
对被检测物质具有极好的选择性，噪音低。
经固定化处理后，可保持长期生物活性，传感器可反复使用。
传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪，因而便于推广普及。
主要缺点是寿命较短。

3.生物传感器分类
根据传感器输出信号的产生方式,可分为生物亲合型生物传感器、代谢型或催化型生物传感器。
根据生物传感器中生物分子识别元件上的敏感材料可分为酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、基因传感器、细胞及细胞器传感器。
根据生物传感器的信号转换器可分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器、测声型生物传感器等。

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这个有点牛！！！