生物传感器及其在食品检测中的应用进展

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1、万方数据江苏农业科学2009年第4期生物传感器及其在食品检测中的应用进展刘春菊，刘春泉，李大婧(江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京210014)摘要：生物传感器检测技术具有快速、灵敏、低成本等优点，已成为农产(食)品质量快速检测研究的热点。本文介绍了生物传感器的基本组成，以表面等离子体共振sPR生物传感器为例介绍了生物传感器的具体工作原理，阐述了生物传感器的3个发展阶段。综述了生物传感器在食品安全检测上的研究和应用情况，并对生物传感器检测技术进行展望。关键词：生物传感器；质蕈安全；食品检测中图分类号：TS201．6文献标志码：A文章编号：1002—1302(2009)

2、04—0353—03当前，我国农产(食)品质董安全问题受到社会广泛关注，仅靠常规的化学检测已不能满足快速判定的需要。一些简便、敏感、准确、省力、省成本的快速检测方法越来越多地被运用到食品安全性检测中。生物传感器作为一种快速、灵敏的检测技术，正成为食品快速检测技术研究的新热点。生物传感器是一种集现代生物技术与电子技术为一体的高科技产品，是生命科学和信息科学的交叉区域，也是当今工程技术领域一个非常活跃的话题，形成2l世纪新兴的高技术产业的重要组成部分，具有重要的战略意义。l生物传感器的基本概念从20世纪60年代clark和Lyon提出生物传感器的设想开始，生物传感器的发展已有40

3、多年的历史⋯。生物传感器(biosen80r)是指用固定化的生物体成分或生物体本身作为敏感元件的传感器，是一种将生物化学反应能转换成电信号的分析测试装置拉。。它是发展生物技术必不可少的一种先进的检测与监控方法，也是对物质在分子水平上进行快速和微量分析的方法。生物传感器在食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有着广泛的应用前景。2005年生物传感器全球营业收入达到29亿美元，预计2009年突破40亿美元，其中医疗应用占该销售额的绝大份额。2。。2基本组成及工作原理生物传感器结构及工作示意图如图1所示。它由3部分组成：生物敏感组件、换能器、电子信号处理装置。其中生物

4、敏感组件固定化有生物识别元件(包括酶、抗体一抗原、微生物、细胞、动植物组织、基因等)，换能器是为信号转换元件(包括电化学电极、半导体、光学元件、热敏元件、压电装置等)。生物传感器的工作原理是待测物质经扩散作用进入固定生物膜敏感层，经分子识别而发生生物学作用，产生的信息如光、热、音等被相应的信号转换器变为可定量和处理的电信收稿日期：2008—12—29作者简介：刘舂菊(1979一)，女．辽宁鞍山人，助理研究员，主要从事农产品保鲜与加工方面的研究。E—mail：cjliu0306@y且h00．com．号，再经二次仪表放大并输出，以电极测定其电流值或电压值，从而换算出被测物质的量或

5、浓度。其器醛，▲■b◆，口标坌析物意黎荐换能器电子装越圯}f圯咐．橄管扎艟}U周i：场坡I：¨¨4-竹；电化’

6、，川j(如胃f}，．JL^10，L鞋胃待测分子一次信二次信信号放大样本识别息转换号传输换算处理图l生物传感器的组成与工作原理示意图以表面等离子体共振sPR生物传感器(su血ceplasmonre∞nancebiosen∞r)为例介绍生物传感器的具体工作原理。SPR生物传感器工作原理如图2所示。表面等离子体共振(sPR)是一种物理光学现象。表面等离子体(sP)是沿着金属和电介质问界面传播的电磁波形成的。当平行表面的偏振光以表面等离子体共振角入射在界面上，发生衰减全反射

7、时，入射光被耦合入表面等离子体内，光能大量被吸收，在这个角度上由于表面等离子体共振引起界面反射光显著减少。由于SPR对金属表面电介质的折射率非常敏感，不同电介质其表面等离子体共振角不同。同种电介质附在金属表面的量不同，则sPR的响应强度不同。基于这种原理的生物传感器通常将一种具特异识别属性的分子即配体固定于金属膜表面，监控溶液中的被分析物与该配体的结合过程。在复合物形成或解离过程中，金属膜表面溶液的折射率发生变化，可以实时被sPR生物传感器检测出来。抗原、抗体因反应特异性强、灵敏度高、重复性好，所以，sPR生物传感器最为常见的检测对象是抗原、抗体的相互识别过程。3生物传感器的

8、发展阶段生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂的体系中进行在线连续监测等特点，特别是它高度自动化、微型化和集成化的特点，使其在近几十年获得蓬勃迅速的发展。经过40多年的发展，生物传感器大致经历了3个发展阶段，如图3所示：第一代生物传感器(如葡萄糖传感器)由固定了生物成分的非活性基质膜(透析膜或反应膜)和电化学电极所组成。万方数据一354一江苏农业科学2009年第4欺待测样品进入圜图2SPR生物传感器工作原理图口透秽l膜识别，÷件第一代生物传感器第二代牛物传感器日口两换能器电f装置