生物传感器的制备及应用

《生物传感器的制备及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、生物传感器的制备及应用［摘要］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。因其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成木低、在复杂的体系中进行在线连续监测，特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点，从最先提出生物传感器的设想至今，其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。特别是分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合,正改变着传统医学、环境科学动植物学的面貌。［关键词］生物传感器应用纳米材料

2、一、生物传感器的原理牛物传感器主要是由牛物识别和信号分析两部分组成的牛物识别部分是由具有分子识别能力的生物敏感识别元件构成，包括细胞、生物索、酶、抗体及核酸等⑴。信号分析部分通常又叫做换能器，它们的工作原理-•般是根据物质电化学、光学、质量、热量、磁性等。物理化学性质将被分析物与生物识别元件之间反应的信号转变成易检测、量化的另一种信号，比如电信号、焚光信号等,再经过信号读取设备的转换过程，最终得到可以对分析物进行定性或定量检测的数据。生物传感器识别和检测待测物的一般反应过程为：首先，待测物分子与识别元索接触;然后，识别元索把待测物分子从样品中分离出來

3、;接着,转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号;最后，使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换，将输出信号转化为可识别的信号。生物传感器的各个部分包括分析装置、仪器和系统也出此构成。生物传感器中的识别元索决定了传感器的特异性，是生物定性识别的决定因索;识别元索与待测分子的亲合力，以及换能器和检测仪表的精密度，在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应速度。二、生物传感器的分类根据所用换能器和监测物理量、化学量和生物量可分为电化学生物传感器⑵、光学生物传感器⑶和压电生物传感器⑷等。1、光学生物传感器光学生物传感器是基丁待测物能够引起传感器

4、农面某种特定指示剂光吸收率或光传播发生反射、折射、散射等性质的变化进行设计的。大量光学生物传感器已经见诸报道,Borisov等⑸对近年來光学生物传感器的发展和应用进行了综述。表面等离了共振(SPR)牛物传感器是一种常用的光学生物传感器。其光源为偏振光，传感芯片表面镀有一层金膜,金膜与微流体流动系统相联，当金膜表面键合了口标分析物后，检测器能够跟踪溶液屮的分子与芯片表面的分子结合、解离整个过程的变化。SPR生物传感器能实时监测生物分了间的和互作用，不需要复杂的标记，因此被广泛应用于蛋白质组学、临床诊断以及食品安全等领域。2、电化学生物传感器⑹电化学生物

5、传感器通常包括电流型电位型和电阻型三种类型。它的工作原理是由丁•待测物的引入使得传感器表而发生物理或者化学变化，这些变化经电化学转换器将其转化为可检测的电信号。销电极、金电极和玻碳电极是最常用的工作电极，一方面是因为它们具有良好的导电性;另一方面,它们容易处理，在检测过程尤其是生物检测过程屮对待测物无污染。丝网印刷电极也是一种常用的工作电极，常用作电位生物传感器，电位牛物传感器(在零电流下产牛电压)能够在很宽的动力学范围内给出相应的对数响应。这种电极虽然只有两个电极，但是具有很高的灵敏度及良好的稳定性，而月.即使分析物的制备过程不是很严格，也可以对分

6、析物的检测达到同用HPLC和LC/MS技术相同的水平。电化学生物传感器因其检测灵敏度高、操作简便快捷、省时、成本低及所需仪器简单等优点受到广大科研人员的研究兴趣3、压电生物传感器⑺压电生物传感器是一种质量敏感型生物传感器,它利用对电压敏感的石英晶体产生弹性形变而引起英本身共振频率产生变化来进行检测的。传感过程屮交流电压(AC)在晶体中产生驻波的特征频率，这个特征频率依赖于晶体的弹性形变。当表面覆盖有生物识别元索的受体键合上目标分析物后，引起晶体共振频率的改变，这样就能获得检测信号。三、生物传感器的应用1、生物传感器应用于医学检测(1)生物传感器对葡萄

7、糖的检测MW人体中血糖的浓度正常值为3.9〜6.0mmoI/L,对血液中葡萄糖的检测研究一直是生物传感器发展的主要方向。Park等将葡萄糖氧化酶

8、古

9、定在肽纳米管上制备了一种安培传感器,借助金纳米粒子的放大作用，在低于人体正常血糖浓度范围内(0.5-2.4mmol/L)该传感器可以对葡萄糖进彳亍检测。Wang等利用Mg-Al-CO3能使发光氨在弱酸性(pH5.8)溶液屮产生化学发光的现象对更低浓度(检测线性范围是0.005-l.Ommol/L,检测限为0.1pmol/L)葡萄糖成功实现了检测;Wu等用电化学沉积的办法制备了普鲁士蓝/Bi2Se3传感器

10、，在葡萄糖氧化酶的催化下，该传感器对葡萄糖的检测范围为0.01・llmmol/L,适合用于对正常人体血糖浓度