生物传感器在医学方面的应用

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1、生物传感器在医学方面的应用　　应用生物传感器的研究是一个交叉学科，它包含了现代生物技术，电子，生物等学科，是一种高科技产品。在医疗行业，许多方面（发酵工程，环境监测，军事，生物传感器）的应用具有巨大的潜力。传感器的应用在医疗也得到了迅速成长，在医疗的发展中有着至关重要的作用，尤其是在微生物方面研究有着举足轻重的作用。　　1生物传感器的概念及组成　　生物器，是一种对生物物质并将其浓度变化为电信号的器件。酶，抗原，抗体，核酸，细胞，细菌固定化敏感材料，如识别元素的物质，通过物理化学传感器的合适的器件（如二极管，压电水晶等），最后通过信号放大装置或系统的数据分析。　　2生物传感器的原理　

2、　物质在生物敏感膜的检测，然后通过分子识别进行化学反应，样品中的分析物敏感膜传感器（如外凝集素的糖蛋白，核酸及其互补片段等）反应会产生一定变化的物理信号（比如光，热，密度，体积，经仪器放大后并显示和记录。得出的信息如声音等相应的信号转变可处理或者可变化的电信号，最后直接测定其电流或电压值。从而通过计算得到被测物质的量或浓度。　　相对于其他传感器，生物传感器具备很多优点：体积小，制作成本低，具有一定的抗干扰能力，可循环使用。即原理为被测物质→分子识别元件→电信号（光信号）箭头→信号放大→数据处理。　　3微生物传感器　　生物传感器可分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞传感器、免

3、疫传感器等。　　我们着重讲一下微生物传感器。以活的微生物（如细胞，细菌）作为敏感原料，使用其体内的各种酶等蛋白质以及代谢体系来测定和辨别相应底物。微生物电极的种类很多，可以从不同的角度分类。　　按照微底物与敏感物作用原理的不同，微生物电极又可分为如下两类：（1）用于测定呼吸活性的微生物电极，在微生物反应的同时，微生物细胞的活性有所变化，依据反应中氧气的变化来检测被微生物反应的被测物的浓度；（2）对微生物和微生物电极型代谢产物的测定，分析物的响应会产生多种代谢产物，得到的分析物浓度可以用一些代谢产物的生成来测量。　　根据微生物的细菌种类分类可分为发光微生物传感器，硝化细菌传感器，假单

4、胞茵属与大肠杆菌属传感器，蓝细菌与藻类传感器和酵母传感器。发光生物传感器具有许多优点：不需要无菌的环境。发光的变化先于在基础代谢的变化，从而对毒性更敏感；可以与光电检测技术结合，无需人工、结果准确客观、精确度高。硝化细菌传感器针对细菌对污染物毒性相当敏感的特征，由于细胞酶类受污染物抑制的干扰过程的原理来检测被检测物。用于氧化还原介质可以选择假单胞菌。作为检测的污染物有硝基、亚砷酸类化合物、腈基、均三氮苯等，工作电极上的电流由毒物抑制。当前，有两种类型蓝细菌、藻类传感器：一类是检测光合作用受于毒物的影响；另外一类是叶绿素荧光产生强度受于检测毒物的影响，毒物通过阻止光合作用的电子传递链

5、致使叶绿素的荧光强度增加，增加的强度与被测物浓度有关。酵母作为一种真核生物传感器具有以下优点：（1）增殖速度快，可利用的底物广泛；（2）细胞为真核细胞，能够检测真核毒性污染物，成效对人类更有意义；（3）对PH值变化，温度的变化，离子的变化适应能力强于细菌。如今多经过检测耗氧量、酸度（因代谢产物使ph下降）而解析酵母的活性。污染物可抑制其正常代谢过程的进行。由于人们对酿酒酵母的生理生化特征已有深刻解析，一般作为其传感器的敏感原料。　　4传感器在医学上的应用　　4.1血气分析　　利用生物传感器分析动脉血气必要措施是监测气体交替和代谢，比较适合是呼吸衰竭等危重病人及手术麻醉期间。对于传统

6、分析的不足，血气分析的优势十分明显，传统分析必须中断采集血液样本，然后仪器分析，检验报告滞后，对那些需要长时间在危重患者血气监测，必须重复血液抽取气，十分不方便，而且及易得医源性感染。　　动脉血气有许多优点：实时监测血实时观测可以改变趋势，有利于及时发现病情变化从而来调整治疗方面或者手术的计划，避免采血引发的感染或者失血。　　血管内实时血气分析仪通过插入小型化的探头，在体内连续监测动脉血气的实时变化，将极大地改良当今危重医学的临床监测能力。　　4.2癌症早期诊断　　随着人们健康意识的提高，对各种疾病的预防、早期发现、诊断与治疗成为人类关注的焦点。因而发展具有高灵敏性、高选择性的生物

7、传感器对于重大疾病的早期诊断和检测指标的定量化具有重要的现实意义。电化学生物传感就是其中最让人们感兴趣的方法之一，它可以很容易地实现对生物样品的高通量定量检测。利用合理设计多功能纳米探针和纳米生物界面而构成的电化学生物传感器，通过优化界面电子转移及生物分子识别过程，可以实现信号放大、检测特异性提高以及多组分检测的生物传感。　　4.3电生理检查　　电生理检查：8―16电极设置在脑细胞的脑电活动的一定位置上，通过生物传感器进行放大和描述。一般情况下，脑电图具有一定的规律，