生物传感器概述及其应用.docx

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1、HEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY《传感器原理及应用》课程考核论文题目生物传感器概述及其应用班级学号姓名成绩机械与汽车工程学院机械电子工程系二零一三年五月生物传感器概述及其应用摘要: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经距今已有40多年的历史了。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。在未来21世纪知识经济发展中，生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的各个部门如

2、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。一、简介国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。其是一种可以获取并处理信息的特殊装置，如人体的感觉器官就是一套完美的传感系统通过眼、耳、皮肤来感知外界的光、声、温度、压力等物理信息，通过鼻、舌感知气味和味道这样的化学刺激。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息

3、，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。按检测对象划分物理传感器、化学传感器和生物传感。生物传感器（biosensor）对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感

4、材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能结器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。1967年S.J.乌普迪克等制出了第一个生物传感器葡萄糖传感器。将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得检测其对应物的其他传感器。生物传感

5、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、成本低、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，使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。生物传感器的研究开发，已成为世界科技发展的新热点，形

6、成21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。二、原理生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成，以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础。生物体中能够选择性地分辩特定物质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。这些分子识别功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物，如抗体和抗原的结合，酶与基质的结合。在设计生物传感器时，选择适合于测定对象的识别功能物质，是极为重要的前提。要考虑到所产生的复合物的特

7、性。根据分子识别功能物质制备的敏感元件所引起的化学变化或物理变化，去选择换能器，是研制高质量生物传感器的另一重要环节。敏感元件中光、热、化学物质的生成或消耗等会产生相应的变化量。根据这些变化量，可以选择适当的换能器。其识别机理有酶促反应、免疫化学反应、生物反应中的物理量变化和微生物反应。酶生物传感器有机磷农药与乙酰胆碱酶酯基的活性部位发生不可逆的键合从而抑制酶活性，酶反应产生的pH值变化由电位型生物传感器检测。其优点是快速、准确、可重复使用，但是酶对底物具有高度专一性且稳定性较差。BernabeilM在

8、一个生物传感器上偶联几种酶促反应从而增加了待测物的数目，即用乙酰胆碱酶和胆碱氧化酶双酶系统，制备了检测对氧磷和涕灭威的电流型H2O2传感器。免疫生物传感器利用抗体和抗原之间的免疫化学反应来制作的生物传感器。可以高灵敏度、高选择性、方便、快速地检测待测样品中的农药残留量。Wan〔17〕等人研制了便携式的光纤免疫传感器检测甲基对硫磷，其最小检测限为01ng/ml。Anis等研制开发的光纤免疫生物传感器用于测定样品中的对硫磷与色谱法相比，该法简便