傳感器(biosensor)對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識(shí)別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì))與適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器(如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應(yīng)管、壓電晶體等等)及信號(hào)放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。生物傳感器具有接受器與轉(zhuǎn)換器的功能。
1967年S.J.烏普迪克等制出了第一個(gè)生物傳感器葡萄糖傳感器。將葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺膠體中加以固化,再將此膠體膜固定在隔膜氧電極的尖端上,便制成了葡萄糖傳感器。當(dāng)改用其他的酶或微生物等固化膜,便可制得檢測(cè)其對(duì)應(yīng)物的其他傳感器。固定感受膜的方法有直接化學(xué)結(jié)合法;高分子載體法;高分子膜結(jié)合法?,F(xiàn)已發(fā)展了第二代生物傳感器(微生物、免疫、酶免疫和細(xì)胞器傳感器 ),研制和開發(fā)第三代生物傳感器,將生物技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合起來的場(chǎng)效應(yīng)生物傳感器。
由于酶膜、線粒體電子傳遞系統(tǒng)粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗體膜對(duì)生物物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)具有選擇性識(shí)別功能 ,只對(duì)特定反應(yīng)起催化活化作用,因此生物傳感器具有非常高的選擇性。缺點(diǎn)是生物固化膜不穩(wěn)定。生物傳感器涉及的是生物物質(zhì),主要用于臨床診斷檢查、治療時(shí)實(shí)施監(jiān)控、發(fā)酵工業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境和機(jī)器人等方面。
生物傳感器是用生物活性材料(酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原、生物膜等)與物理化學(xué)換能器有機(jī)結(jié)合的一門交叉學(xué)科,是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的一種先進(jìn)的檢測(cè)方法與監(jiān)控方法,也是物質(zhì)分子水平的快速、微量分析方法。在未來21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中,生物傳感器技術(shù)必將是介于信息和生物技術(shù)之間的新增長(zhǎng)點(diǎn),在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的臨床診斷、工業(yè)控制、食品和藥物分析(包括生物藥物研究開發(fā))、環(huán)境保護(hù)以及生物技術(shù)、生物芯片等研究中有著廣泛的應(yīng)用前景。
生物傳感器有以下共同的結(jié)構(gòu):包括一種或數(shù)種相關(guān)生物活性材料(生物膜)及能把生物活性表達(dá)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的物理或化學(xué)換能器(傳感器),二者組合在一起,用現(xiàn)代微電子和自動(dòng)化儀表技術(shù)進(jìn)行生物信號(hào)的再加工,構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。
生物傳感器的原理:
待測(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入生物活性材料,經(jīng)分子識(shí)別,發(fā)生生物學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生的信息繼而被相應(yīng)的物理或化學(xué)換能器轉(zhuǎn)變成可定量和可處理的電信號(hào),再經(jīng)二次儀表放大并輸出,便可知道待測(cè)物濃度。
生物傳感器的特點(diǎn):
(1)采用固定化生物活性物質(zhì)作催化劑,價(jià)值昂貴的試劑可以重復(fù)多次使用,克服了過去酶法分析試劑費(fèi)用高和化學(xué)分析繁瑣復(fù)雜的缺點(diǎn)。
(2)專一性強(qiáng),只對(duì)特定的底物起反應(yīng),而且不受顏色、濁度的影響?! ?
(3)分析速度快,可以在一分鐘得到結(jié)果。
(4)準(zhǔn)確度高,一般相對(duì)誤差可以達(dá)到1%
(5)操作系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單 ,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析
(6)成本低,在連續(xù)使用時(shí),每例測(cè)定僅需要幾分錢人民幣。
(7)有的生物傳感器能夠可靠地指示微生物培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)的供氧狀況和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。在產(chǎn)控制中能得到許多復(fù)雜的物理化學(xué)傳感器綜合作用才能獲得的信息。同時(shí)它們還指明了增加產(chǎn)物得率的方向。
生物的種類:
(1)按照其感受器中所采用的生命物質(zhì)分類, 可分為:微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、細(xì)胞傳感器、酶?jìng)鞲衅?、DNA傳感器等。
(2)按照傳感器器件檢測(cè)的原理分類 ,可分為:熱敏生物傳感器、場(chǎng)效應(yīng)管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、聲波道生物傳感器、酶電極生物傳感器、介體生物傳感器等。
(3)按照生物敏感物質(zhì)相互作用的類型分類, 可分為親和型和代謝型兩種