發布日期：2022-10-09 點擊率：77
原標題：微生物傳感器的工作原理
根據微生物和材料之間的分為兩種類型的關系：一是好氧微生物作為艾明安材料，其作用與物(之間的有機物)，對呼吸活動的細胞增加，它可以測量呼吸活動對材料進行測試，所以對微生物傳感器的呼吸活性測定的機制。有氧微生物固定在隔膜式氧電極上，形成微生物電極。
然后將電極插入含有有機化合物可以在樣品溶液的吸收，有機化合物擴散到含有微生物細胞和微生物同化的固體膠，之后在有機物的同化微生物呼吸活動增加，相應的減少氧氧探頭傳播。因此氧還原的電流值，可以通過微生物同化間接計算有機化合物的濃度。正因為如此，這種類型的微生物傳感器一般是目前類型的微生物傳感器。另一是敏感材料的好氧微生物結構。
它可以被用來確定的各種電極敏感的代謝產物后產生的有機物的分子識別。前者用于確定代謝物質型微生物傳感器，如果一種物質在小的生物同化產物中是敏感的電極材料，可以作為信號轉換器使用與樸茨茅斯微生物膜的電極一起與微生物傳感器的分析物濃度的測定。例如，能夠產生氫的“菌”固定在聚合物凝膠，把它放在一個燃料電池(電池陽極和銀白色氧化(Ag2O2)作為陰極。返回搜狐，查看更多
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根據微生物與待測物質之間作用關系分為兩種情況：一種是需氧性微生物作為艾敏感材料，它與待測物質作用(間化有機物)時，其細胞的呼吸活性有所提高，因此可以測定其呼吸活性來測定待測物質、如此機理就構成了測定呼吸活性型微生物傳感器，其工作原理如圖(a)所示。把需氧性微生物固定化腰裝在隔膜式氧電極上，構成微生物電極。
再將該電極插入含有可被同化的有機化合物樣品溶液中，有機化合物就擴散到含有微生物細胞的固相膠內并被微生物同化、微生物細胞的呼吸活性則在同化有機物后有所提高、這樣擴散到氧探頭上的氧量就相應減少.則氧電流值降低，據此可間接求出被微生物同化的有機物的濃度。正因為如此，這一類微生物傳感器一般都是電流型微生物傳感器。另一種是伏氧性微生物構戊敏感材料。
可通過測定它在同化有機物后生成的各種電極敏感代謝物來進行分子識別，舊此就構成廠測定代謝物質型微生物傳感器，其工作原理如圖12—36(b)所示。若同化產生物小的某一物質是電極的敏感物質，則可利用該電極作為信號轉換器件，與同樸化微生物膜一起組成微生物傳感器用以測定待測物質的濃度。例如把能夠產生氫的“產氫菌”固定在高分子凝膠中、再把它裝在燃料電池型(該電池足以白全為陽極，過氧化銀(Ag2O2)為陰極。
極可立有磷酸鹽緩沖液(pH7.0所構成，氫等電極活性物質在陽極上發生氧化反應.則可為產生電流的一種燃料電池)的陽極上，把這種微生物電極浸入含百合機化食物的溶液可.有機化合物擴散到凝膠膜中的產氫葫處、則被同化而產生氫。產生的氫，則向與凝膠緊密接觸的陽極擴散.在陽極上被氧化、所以測得的電流值與擴散來的氫的量值成正比.又出為氫生 成量與試樣溶液小的有機化合物濃度成比例，故待測省機化合物濃度就習轉換為電流來測量。
生物傳感器原理：微生物傳感器的工作原理 第1張" title="微生物傳感器原理：微生物傳感器的工作原理 第1張-傳感器知識網"/>
微生物傳感器;主要內容;1、前 言;生物傳感器; 微生物傳感器是生物傳感器的一個重要分支。1975 年Divies 制成了第一支微生物傳感器,由此開辟了生物傳感器發展的又一新領域。 ;2、微生物傳感器的特點及其影響因素;微生物傳感器的不足之處：;2.2 影響傳感器響應的因素;3、微生物傳感器的原理; 固定化微生物是傳感器的信息捕捉功能元件，是影響傳感器性能的核心部件。它既要求將微生物限制在一定的空間,不流失，又要求保持微生物的固有活性和良好的機械性能。固定化技術決定傳感器的穩定性、靈敏性和使用壽命等性能指標。;微生物傳感器;呼吸活性測定性微生物傳感器; 呼吸活性型微生物傳感器由固定化需氧性細菌膜和氧電極組合而成。它是以細菌呼吸活性物質為基礎測定被測物的。當將該傳感器插入含有飽和溶解氧的試液中時，試液中的有機物受到細菌細胞的同化作用，細菌細胞呼吸加強，擴散到電極表面上氧的量減少，電流減小。當有機物由試液向細菌膜擴散速度達到恒定時，細菌的耗氧量也達到恒定，此時擴散到電極表面上的氧量也變為恒定，因此產生一個恒定電流。此電流與試液中的有機物濃度存在定量關系，據此可測定有關有機物。;代謝活性測定性微生物傳感器; 代謝活性型微生物傳感器由固定化的厭氧菌膜和相應的電化學傳感元件組合而成。它是以細菌代謝活性物質為基礎測定被測物的。此類細菌攝取有機物產生各種代謝產物，若代謝產物是氫、甲酸或各種還原型輔酶等，則可用電流法測定；若代謝產物是二氧化碳、有機酸（氫離子）等，則可用電位法測定。根據測定的電流或電位便可得到有機物濃度的信息。;4、微生物傳感器的制備;4.1 微生物的固定化;（2）共價交聯法 這種方法是通過交聯劑把活細胞以共價鍵結合到載體上。交聯劑有異氰酸鹽、氨基硅烷、戊二醛及氰尿酰氯等。應用該法時由于共價鍵形成往往毒害了活細胞，故其應用受到一定限制。 ;（3）包埋法 包埋法是最常用的固定化微生物的方法。該法是將微生物活細胞包埋于適當的立體網狀材料中，常用的包埋材料有聚丙烯酰胺凝膠、角叉菜聚糖凝膠、海藻酸鈣凝膠、瓊脂、骨膠原等。聚丙烯酰胺凝膠是目前包埋細胞用途最廣的一種。;4.2 微生物傳感器的電化學裝置; 此外，微生物傳感器中應用的換能器還有燃料電池型電極(氫氣檢測)、二氧化碳電極，氨電極、pH電極，其中除燃料電池型外，其余大部分是以電勢為基礎的，雖然測定范圍比較廣，但不足的是它們對其他污染物有響應且檢測限度低。;4.3 微生物傳感器的組裝;5、微生物傳感器的測定系統; 當輸出電流變得穩定時，將100μl樣品溶液注射入傳感器室，下圖給出了一個典型的電極響應曲線。 ;5.2 流動測定系統; 一般來說，微生物傳感器具有較長的使用壽命，但其保養也是十分重要的。正常情況下，微生物傳感器應貯存于無營養物、40℃的磷酸緩沖液中，以保持固定化微生物的活性無明顯變化。如果活性降低，則必須將傳感器浸入營養介質一定時間直至新細胞生長而活性重新恢復。此外，因不能試用抗菌試劑（例如疊氮化鈉、抗菌素等），所以防止污染比酶生物傳感器就顯得更為重要。;6、微生物傳感器的應用;★在發酵工業領域，微生物傳感器已應用于原材料、代謝產物的測定。應用微生物傳感器可不受發酵過程中常存在的干擾物質的干擾，并且不受發酵液混濁程度的限制。; ★環境監測領域是微生物傳感應用最廣泛的領域，其典型代表是BOD 傳感器。它可以測定水中可生物降解有機物的總量即生化需氧量。另外，微生物遇到有害離子CN- ，Ag+ ，Cu2+等會產生中毒效應，可利用這一性質，實現對廢水中有毒物質的評價。微生物傳感器還可應用于測定多種污染物：NOx 氣體傳感器用于監測大氣中氮氧化物的污染；硫化物微生物傳感器用于測定煤氣管道中含硫化合物；酚微生物傳感器能夠快速并準確地測定焦化、煉油、化工等企業廢水中的酚。 ;7、微生物傳感器的應用實例;Schematic diagram of BOD monitoring system for anaerobic wastewater treatment process;BOD values from BOD5 standard method and biosensor. Biosensor results in (a) and (b) were analyzed off-line.;Percentages of BOD reduction are shown in (c) where the data were plotted at 5-day intervals.;8、微生物傳感器的發展展望;謝 謝！
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生物傳感器
（生物學技術）
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生物傳感器(biosensor)，是一種對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識別元件（包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質）、適當的理化換能器（如氧電極、光敏管、場效應管、壓電晶體等等）及信號放大裝置構成的分析工具或系統。生物傳感器具有接受器與轉換器的功能。
中文名
生物傳感器
外文名
biosensor
類 型
儀器
用 途
進行檢測
功 能
具有接受器與轉換器的功能
目錄
1
組成結構
2
主要功能
3
歷史沿革
4
技術特點
5
設備分類
6
應用領域
?
綜述
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食品工業
?
環境監測
?
發酵工業
?
醫學
7
操作實例
8
發展前景
9
衍生設備
生物傳感器組成結構
語音
生物傳感器由分子識別部分（敏感元件）和轉換部分（換能器）構成：以分子識別部分去識別被測目標，是可以引起某種物理變化或化學變化的主要功能元件。分子識別部分是生物傳感器選擇性測定的基礎。把生物活性表達的信號轉換為電信號的物理或化學換能器（傳感器）各種生物傳感器有以下共同的結構：包括一種或數種相關生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表達的信號轉換為電信號的物理或化學換能器（傳感器），二者組合在一起，用現代微電子和自動化儀表技術進行生物信號的再加工，構成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統。生物傳感器實現以下三個功能：感受：提取出動植物發揮感知作用的生物材料，包括：生物組織、微生物、細胞器、酶、抗體、抗原、核酸、DNA等。實現生物材料或類生物材料的批量生產，反復利用，降低檢測的難度和成本。觀察：將生物材料感受到的持續、有規律的信息轉換為人們可以理解的信息。反應：將信息通過光學、壓電、電化學、溫度、電磁等方式展示給人們，為人們的決策提供依據。
生物傳感器主要功能
語音
生物傳感器具有接受器與轉換器的功能。對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器。
結構
生物體中能夠選擇性地分辯特定物質的物質有酶、抗體、組織、細胞等。這些分子識別功能物質通過識別過程可與被測目標結合成復合物，如抗體和抗原的結合，酶與基質的結合。在設計生物傳感器時，選擇適合于測定對象的識別功能物質，是極為重要的前提。要考慮到所產生的復合物的特性。根據分子識別功能物質制備的敏感元件所引起的化學變化或物理變化，去選擇換能器，是研制高質量生物傳感器的另一重要環節。敏感元件中光、熱、化學物質的生成或消耗等會產生相應的變化量。根據這些變化量，可以選擇適當的換能器。生物化學反應過程產生的信息是多元化的，微電子學和現代傳感技術的成果已為檢測這些信息提供了豐富的手段。
生物傳感器歷史沿革
語音
1967年S.J.烏普迪克等制出了第一個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。當改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得檢測其對應物的其他傳感器。固定感受膜的方法有直接化學結合法；高分子載體法；高分子膜結合法。現已發展了第二代生物傳感器（微生物、免疫、酶免疫和細胞器傳感器），研制和開發第三代生物傳感器，將系統生物技術和電子技術結合起來的場效應生物傳感器，90年代開啟了微流控技術，生物傳感器的微流控芯片集成為藥物篩選與基因診斷等提供了新的技術前景。由于酶膜、線粒體電子傳遞系統粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗體膜對生物物質的分子結構具有選擇性識別功能，只對特定反應起催化活化作用，因此生物傳感器具有非常高的選擇性。缺點是生物固化膜不穩定。生物傳感器涉及的是生物物質，主要用于臨床診斷檢查、治療時實施監控、發酵工業、食品工業、環境和機器人等方面。生物傳感器是用生物活性材料（酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜等）與物理化學換能器有機結合的一門交叉學科，是發展生物技術必不可少的一種先進的檢測方法與監控方法，也是物質分子水平的快速、微量分析方法。在未來21世紀知識經濟發展中，生物傳感器技術必將是介于信息和生物技術之間的新增長點，在國民經濟中的臨床診斷、工業控制、食品和藥物分析（包括生物藥物研究開發）、環境保護以及生物技術、生物芯片等研究中有著廣泛的應用前景。
[1]
生物傳感器技術特點
語音
傳感器是一種可以獲取并處理信息的特殊裝置，如人體的感覺器官就是一套完美的傳感系統通過眼、耳、皮膚來感知外界的光、聲、溫度、壓力等物理信息，通過鼻、舌感知氣味和味道這樣的化學刺激。而生物傳感器是一類特殊的傳感器，它以生物活性單元（如酶、抗體、核酸、細胞等）作為生物敏感單元，對目標測物具有高度選擇性的檢測器。⑴采用固定化生物活性物質作催化劑，價值昂貴的試劑可以重復多次使用，克服了過去酶法分析試劑費用高和化學分析繁瑣復雜的缺點。⑵專一性強，只對特定的底物起反應，而且不受顏色、濁度的影響。⑶分析速度快，可以在一分鐘得到結果。⑷準確度高，一般相對誤差可以達到1%⑸操作系統比較簡單，容易實現自動分析⑹成本低，在連續使用時，每例測定僅需要幾分錢人民幣。⑺有的生物傳感器能夠可靠地指示微生物培養系統內的供氧狀況和副產物的產生。在產控制中能得到許多復雜的物理化學傳感器綜合作用才能獲得的信息。同時它們還指明了增加產物得率的方向。
生物傳感器設備分類
語音
介紹生物傳感器的書籍
用固定化生物成分或生物體作為敏感元件的傳感器稱為生物傳感器（biosensor）。生物傳感器并不專指用于生物技術領域的傳感器，它的應用領域還包括環境監測、醫療衛生和食品檢驗等。生物傳感器主要有下面三種分類命名方式：
[2]
1．根據生物傳感器中分子識別元件即敏感元件可分為五類：酶傳感器（enzymesensor），微生物傳感器（microbialsensor），細胞傳感器（organallsensor），組織傳感器（tis-suesensor）和免疫傳感器（immunolsensor）。顯而易見，所應用的敏感材料依次為酶、微生物個體、細胞器、動植物組織、抗原和抗體。2．根據生物傳感器的換能器即信號轉換器分類有：生物電極（bioelectrode）傳感器，半導體生物傳感器（semiconductbiosensor），光生物傳感器（opticalbiosensor），熱生物傳感器（calorimetricbiosensor），壓電晶體生物傳感器（piezoelectricbiosensor）等，換能器依次為電化學電極、半導體、光電轉換器、熱敏電阻、壓電晶體等。3．以被測目標與分子識別元件的相互作用方式進行分類有生物親和型生物傳感器（affinitybiosensor）、代謝型或催化型生物傳感器。三種分類方法之間實際互相交叉使用。
生物傳感器應用領域
語音
生物傳感器綜述
生物傳感器是一門由生物、化學、物理、醫學、電子技術等多種學科互相滲透成長起來的高新技術。因其具有選擇性好、靈敏度高、分析速度快、成本低、在復雜的體系中進行在線連續監測，特別是它的高度自動化、微型化與集成化的特點，使其在近幾十年獲得蓬勃而迅速的發展。在國民經濟的各個部門如食品、制藥、化工、臨床檢驗、生物醫學、環境監測等方面有廣泛的應用前景。特別是分子生物學與微電子學、光電子學、微細加工技術及納米技術等新學科、新技術結合，正改變著傳統醫學、環境科學動植物學的面貌。生物傳感器的研究開發，已成為世界科技發展的新熱點，形成21世紀新興的高技術產業的重要組成部分，具有重要的戰略意義。
生物傳感器食品工業
生物傳感器在食品分析中的應用包括食品成分、食品添加劑、有害毒物及食品鮮度等的測定分析。
生物傳感器
⑴食品成分分析在食品工業中，葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和貯藏壽命的一個重要指標。已開發的酶電極型生物傳感器可用來分析白酒、蘋果汁、果醬和蜂蜜中的葡萄糖。其它糖類，如果糖，啤酒、麥芽汁中的麥芽糖，也有成熟的測定傳感器。Niculescu等人研制出一種安培生物傳感器，可用于檢測飲料中的乙醇含量。這種生物傳感器是將一種配蛋白醇脫氫酶埋在聚乙烯中，酶和聚合物的比例不同可以影響該生物傳感器的性能。在進行的實驗中，該生物傳感器對乙醇的測量極限為1nmol/L。⑵食品添加劑的分析亞硫酸鹽通常用作食品工業的漂白劑和防腐劑，采用亞硫酸鹽氧化酶為敏感材料制成的電流型二氧化硫酶電極可用于測定食品中的亞硫酸鹽含量，測定的線性范圍為0～6的負四次方mol/L。又如飲料、布丁、醋等食品中的甜味素，Guibault等采用天冬氨酶結合氨電極測定，線性范圍為2×10的負五次方～1×10的負三次方 mol/L。此外，也有用生物傳感器測定色素和乳化劑的報道。⑶農藥殘留量分析人們對食品中的農藥殘留問題越來越重視，各國政府也不斷加強對食品中的農藥殘留的檢測工作。Yamazaki等人發明了一種使用人造酶測定有機磷殺蟲劑的電流式生物傳感器，利用有機磷殺蟲劑水解酶，對硝基酚和二乙基酚的測定極限為10的負七次方mol，在40℃下測定只要4min。Albareda等用戊二醛交聯法將乙酞膽堿醋酶固定在銅絲碳糊電極表面，制成一種可檢測濃度為10的負十次方mol/L的對氧磷和10的負十一次方mol/L的克百威的生物傳感器，可用于直接檢測自來水和果汁樣品中兩種農藥的殘留。⑷微生物和毒素的檢驗食品中病原性微生物的存在會給消費者的健康帶來極大的危害，食品中毒素不僅種類很多而且毒性大，大多有致癌、致畸、致突變作用，因此，加強對食品中的病原性微生物及毒素的檢測至關重要。食用牛肉很容易被大腸桿菌0157.H7.所感染，因此，需要快速靈敏的方法檢測和防御大腸桿菌0157.H7一類的細菌。Kramerr等人研究的光纖生物傳感器可以在幾分鐘內檢測出食物中的病原體（如大腸桿菌0157.H7.），而傳統的方法則需要幾天。這種生物傳感器從檢測出病原體到從樣品中重新獲得病原體并使它在培養基上獨立生長總共只需1天時間，而傳統方法需要4天。還有一種快速靈敏的免疫生物傳感器可以用于測量牛奶中雙氫除蟲菌素的殘余物，它是基于細胞質基因組的反應，通過光學系統傳輸信號。已達到的檢測極限為16.2ng/mL。一天可以檢測20個牛奶樣品。⑸食品鮮度的檢測食品工業中對食品鮮度尤其是魚類、肉類的鮮度檢測是評價食品質量的一個主要指標。Volpe等人以黃嗦吟氧化酶為生物敏感材料，結合過氧化氫電極，通過測定魚降解過程中產生的一磷酸肌苷(IMP)、肌苷(HXR)和次黃嘌吟(HX)的濃度，從而評價魚的鮮度，其線性范圍為5x10的負10次方～2x10的負4次方mol/L。
生物傳感器環境監測
環境污染問題日益嚴重，人們迫切希望擁有一種能對污染物進行連續、快速、在線監測的儀器，生物傳感器滿足了人們的要求。已有相當部分的生物傳感器應用于環境監測中。⑴水環境監測生化需氧量(BOD）是一種廣泛采用的表征有機污染程度的綜合性指標。在水體監測和污水處理廠的運行控制中，生化需氧量也是最常用、最重要的指標之一。常規的BOD測定需要5d的培養期，而且操作復雜，重復性差，耗時耗力，干擾性大，不適合現場監測。SiyaWakin等人利用一種毛孢子菌(Trichosporoncutaneum）和芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis）制作一種微生物BOD傳感器。該BOD生物傳感器能同時精確測量葡萄糖和谷氨酸的濃度。測量范圍為0.5～40mg/L，靈敏度為5.84nA/mgL。該生物傳感器穩定性好，在58次實驗中，標準偏差僅為0.0362。所需反應時間為5～lOmin。硝酸根離子是主要的水污染物之一，如果添加到食品中，對人體的健康極其有害。Zatsll等人提出了一種整體化酶功能場效應管裝置檢測硝酸根離子的方法。該裝置對硝酸根離子的檢測極限為7x10的負5次方mol，響應時間不到50s，系統操作時間約為85s。此外，Han等人發明了一種新型微生物傳感器，可用于測定三氯乙烯。該傳感器將假單細胞菌JI104固定在聚四氟乙烯薄膜（直徑：25 mm，孔徑：0.45μm)上。再將薄膜固定在氯離子電極上。帶有AgCl/Ag2S薄膜(7024L,DKK,日本)的氯離子電極和Ag/AgCI參比電極連接到離子計(IOL-50,DKK,日本)上,記錄電壓的變化,與標準曲線對照,測出三氯乙烯的濃度。該傳感器線性濃度范圍為0.1～ 4 mg/L,適于檢測工業廢水。在最優化條件下,其響應時間不到10min。⑵大氣環境監測二氧化硫(S02)是酸雨酸霧形成的主要原因，傳統的檢測方法很復雜。Martyr等人將亞細胞類脂類（含亞硫酸鹽氧化酶的肝微粒體）固定在醋酸纖維膜上，和氧電極制成安培型生物傳感器，對S02形成的酸雨酸霧樣品溶液進行檢測，lOmin可以得到穩定的測試結果。
生物傳感器
NOx不僅是造成酸雨酸霧的原因之一，同時也是光化學煙霧的罪魁禍首。Charles等人用多孔滲透膜、固定化硝化細菌和氧電極組成的微生物傳感器來測定樣品中亞硝酸鹽含量，從而推知空氣中NOx的濃度。其檢測極限為0.01xl0負6次方mo1/L。
生物傳感器發酵工業
在各種生物傳感器中，微生物傳感器具有成本低、設備簡單、不受發酵液混濁程度的限制、可能消除發酵過程中干擾物質的干擾等特點。因此，在發酵工業中廣泛地采用微生物傳感器作為一種有效的測量工具。⑴原材料及代謝產物的測定微生物傳感器可用于測量發酵工業中的原材料（如糖蜜、乙酸等）和代謝產物（如頭孢霉素、谷氨酸、甲酸、醇類、乳酸等）。測量的裝置基本上都是由適合的微生物電極與氧電極組成，原理是利用微生物的同化作用耗氧，通過測量氧電極電流的變化量來測量氧氣的減少量，從而達到測量底物濃度的目的。2002年，Tkac等人將一種以鐵氰化物為媒介的葡萄糖氧化酶細胞生物傳感器用于測量發酵工業中的乙醇含量，13s內可以完成測量，測量靈敏度為3.5nA/mM。該微生物傳感器的檢測極限為0.85nM，測量范圍為2～270nM，穩定性能很好。在連續8.5h的檢測中，靈敏度沒有任何降低。⑵微生物細胞數目的測定發酵液中細胞數的測定是重要的。細胞數（菌體濃度）即單位發酵液中的細胞數量。一般情況下，需取一定的發酵液樣品，采用顯微計數方法測定，這種測定方法耗時較多，不適于連續測定。在發酵控制方面迫切需要直接測定細胞數目的簡單而連續的方法。人們發現：在陽極(Pt）表面上，菌體可以直接被氧化并產生電流。這種電化學系統可以應用于細胞數目的測定。測定結果與常規的細胞計數法測定的數值相近。利用這種電化學微生物細胞數傳感器可以實現菌體濃度連續、在線的測定。
生物傳感器醫學
醫學領域的生物傳感器發揮著越來越大的作用。生物傳感技術不僅為基礎醫學研究及臨床診斷提供了一種快速簡便的新型方法，而且因為其專一、靈敏、響應快等特點，在軍事醫學方面，也具有廣的應用前景。⑴臨床醫學在臨床醫學中，酶電極是最早研制且應用最多的一種傳感器，已成功地應用于血糖、乳酸、維生素C、尿酸、尿素、谷氨酸、轉氨酶等物質的檢測。其原理是：用固定化技術將酶裝在生物敏感膜上，檢測樣品中若含有相應的酶底物，則可反應產生可接受的信息物質，指示電極發生響應可轉換成電信號的變化，根據這一變化，就可測定某種物質的有無和多少。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可制成微生物傳感器，在臨床中應用的微生物傳感器有葡萄糖、乙酸、膽固醇等傳感器。若選擇適宜的含某種酶較多的組織，來代替相應的酶制成的傳感器稱為生物電極傳感器。如用豬腎、兔肝、牛肝、甜菜、南瓜和黃瓜葉制成的傳感器，可分別用于檢測谷酰胺、鳥嘌呤、過氧化氫、酪氨酸、維生素C和胱氨酸等。DNA傳感器是生物傳感器中報道最多的一種，用于臨床疾病診斷是DNA傳感器的最大優勢，它可以幫助醫生從DNA,RNA、蛋白質及其相互作用層次上了解疾病的發生、發展過程，有助于對疾病的及時診斷和治療。此外，進行藥物檢測也是DNA傳感器的一大亮點。Brabec等人利用DNA傳感器研究了常用鉑類抗癌藥物的作用機理并測定了血液中該類藥物的濃度。⑵軍事醫學軍事醫學中，對生物毒素的及時快速檢測是防御生物武器的有效措施。生物傳感器已應用于監測多種細菌、病毒及其毒素，如炭疽芽孢桿菌、鼠疫耶爾森菌、埃博拉出血熱病毒、肉毒桿菌類毒素等。2000年，美軍報道已研制出可檢測葡萄球菌腸毒素B、蓖麻素、土拉弗氏菌和肉毒桿菌等4種生物戰劑的免疫傳感器。檢測時間為3～lOmin，靈敏度分別為10，5Omg/L,5x10的5次方，和5x10的4次方cfu/ml。Song等人制成了檢測霍亂病毒的生物傳感器。該生物傳感器能在30min內檢測出低于1xlO的負5次方mol/L的霍亂毒素，而且有較高的敏感性和選擇性，操作簡單。該方法能夠用于具有多個信號識別位點的蛋白質毒素和病原體的檢測。此外，在法醫學中，生物傳感器可用作DNA鑒定和親子認證等。
生物傳感器操作實例
語音
各種類型的傳感器有許多潛在的應用。在研究與商用領域對于生物傳感器的需求主要來自于對于特定目標分子的辨別、生物識別成分的實用性以及在某些場合中優于實驗室技術的可以一次性使用的檢測系統。下面是一些實例：應用于探測葡萄糖濃度美國普渡大學等機構的研究人員制成了新型生物傳感器，能夠以非侵入的方式進行糖尿病測試，探測出人體唾液和眼淚中極低的葡萄糖濃度。這項技術無需過于繁復的生產步驟，從而可降低傳感器的制造成本，并可能幫助消除或降低利用針刺進行糖尿病測試的幾率。
生物傳感器發展前景
語音
概述
芯片
隨著生物科學、信息科學和材料科學發展成果的推動，生物傳感器技術飛速發展。但是，生物傳感器的廣泛應用仍面臨著一些困難，今后一段時間里，生物傳感器的研究工作將主要圍繞選擇活性強、選擇性高的生物傳感元件；提高信號檢測器的使用壽命；提高信號轉換器的使用壽命；生物響應的穩定性和生物傳感器的微型化、便攜式等問題。可以預見，未來的生物傳感器將具有以下特點。功能多樣化未來的生物傳感器將進一步涉及醫療保健、疾病診斷、食品檢測、環境監測、發酵工業的各個領域。生物傳感器研究中的重要內容之一就是研究能代替生物視覺、嗅覺、味覺、聽覺和觸覺等感覺器官的生物傳感器，這就是仿生傳感器，也稱為以生物系統為模型的生物傳感器。微型化隨著微加工技術和納米技術的進步，生物傳感器將不斷的微型化，各種便攜式生物傳感器的出現使人們在家中進行疾病診斷，在市場上直接檢測食品成為可能。智能化集成化未來的生物傳感器必定與計算機緊密結合，自動采集數據、處理數據，更科學、更準確地提供結果，實現采樣、進樣、結果一條龍，形成檢測的自動化系統。同時，芯片技術將愈加進入傳感器，實現檢測系統的集成化、一體化。低成本高靈敏度高穩定性高壽命生物傳感器技術的不斷進步，必然要求不斷降低產品成本，提高靈敏度、穩定性和壽命。這些特性的改善也會加速生物傳感器市場化，商品化的進程。在不久的將來，生物傳感器會給人們的生活帶來巨大的變化，它具有廣闊的應用前景，必將在市場上大放異彩。生物傳感器實用性是生物體成分（酶、抗原、抗體、激素、DNA) 或生物體本身（細胞、細胞器、組織），它們能特異地識別各種被測物質并與之反應；后者主要有電化學電極、離子敏場效應晶體管（ ISFET ) 、熱敏電阻器、光電管、光纖、壓電晶體（PZ) 等，其功能為將敏感元件感知的生物化學信號轉變為可測量的電信號。生物傳感器按所用分子識別元件的不同，可分為酶傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細胞器傳感器、免疫傳感器等；按信號轉換元件的不同，可分為電化學生物傳感器、半導體生物傳感器、測熱型生物傳感器、測光型生物傳感器、測聲型生物傳感器等；按對輸出電信號的不同測量方式，又可分為電位型生物傳感器、電流型生物傳感器和伏安型生物傳感器。微生物傳感器是生物傳感器的一個重要分支。1975 年Divies 制成了第一支微生物傳感器，由此開辟了生物傳感器發展的又一新領域。在不損壞微生物機能情況下，可將微生物固定在載體上制作出微生物傳感器。微生物傳感器與酶傳感器相比，它有以下特點：⑴ 微生物的菌株比分離提純酶的價格低得多，因而制成的傳感器便于推廣普及；⑵ 微生物細胞內的酶在適當環境下活性不易降低，因此微生物傳感器的壽命更長；⑶ 即使微生物體內的酶的催化活性已經喪失，也可以因細胞的增殖使之再生；⑷ 對于需要輔助因子的復雜的連續反應，用微生物則更易于完成
生物傳感器衍生設備
語音
DNA生物傳感器DNA生物傳感器是一種能將目標DNA的存在轉變為可檢測電信號的傳感裝置。它由兩部分組成，一部分是識別元件，即DNA探針，另一部分是換能器。識別元件主要用來感知樣品中是否含有待測的目標DNA；換能器則將識別元件感知的信號轉化為可以觀察記錄的信號。通常是在換能器上固化一條單鏈DNA，通過DNA分子雜交，對另一條含有互補序列的DNA進行識別，形成穩定的雙鏈DNA，通過聲、光、電信號的轉換，對目標DNA進行檢測。DNA生物傳感器原理是通過固定在傳感器或稱換能器探頭表面上的已知核苷酸序列的單鏈DNA分子和另一條互補的ss－DNA分子雜交，形成的雙鏈DNA會表現出一定的物理信號，最后由換能器反應出來。
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皮膚生物傳感器驗血也許是跟蹤某些人體健康指標的常用方法，但美國軍方主導的一個新項目有可能改變監測健康狀況的方式。事實表明，人體血液中流動的健康指標有很多在汗液中也存在。
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美國軍方的這個項目旨在開發出能對軍人汗液中的流動物質進行跟蹤的皮膚“生物傳感器”，以監測他們的健康狀況，提升他們的表現。研究人員說，這種高技術裝置看上去和摸上去都像膠布繃帶，可以用來收集心率、呼吸頻率等實時測量數據。
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這種傳感器是一種被嵌入繃帶中的扁平狀電子芯片，其設計初衷是記錄可以下載到智能手機和電腦上的健康信息。美國軍方希望利用這種技術學會如何最有效地部署軍人，如何讓他們以最佳狀態投入戰斗。
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基于finFET的微型生物傳感器，可用于高靈敏度分子檢測
歐洲微電子研究中心imec推出了作為生物傳感器的最小硅finFET，翅片寬度13nm，柵極長度50nm，在imec的300mm無塵室采用CMOS兼容工藝流程制造，一旦實現批量生產，并將其集成到高通量、高成本效益的檢測工具中，可實現數以萬計的BioFET并行工作。imec目前...
2021-01-190
3xmaker合越智能
南京合越智能科技有限公司
自供電的生物傳感器可能會開辟新的途徑來進行醫療跟蹤，治療
自供電的生物傳感器可能會開辟新的途徑來進行醫療跟蹤，治療當前，可穿戴和可植入設備用于多種功能，包括健康跟蹤和監視。但是，由于充電，提供能量通常需要笨重的電池和停機時間。由賓夕法尼亞州立大學工程師領導的國際研究人員小組正在探索可拉伸的自供電生物傳感器的開發，這種傳感器有一天可...
2020-09-220
快科技
快科技官方百家號,優質數碼領域創作者
AirPods地位升高：蘋果準備更新 未來將配生物傳感器
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2018-12-050
cnBeta
cnBeta.COM 官方百家號
新專利顯示蘋果公司未來AirPods可能集成生物傳感器
根據美國專利局公布的一項新專利顯示，蘋果公司繼續研究，力圖在未來AirPods當中集成生物傳感器。這項新專利揭示了入耳式傳感器如何幫助檢測佩戴者血液中的變化。蘋果以前擁有多項專利，可以用來檢測AirPods佩戴方向，來告知用戶佩戴姿勢，并且進行鍛煉跟蹤。現在，檢測AirPo...
2019-10-030
IT之家
青島軟媒網絡科技有限公司,優質數碼領域創作者
不只是耳機？專利顯示新款蘋果AirPods將集成生物傳感器
IT之家10月4日消息 近日一份蘋果向美國專利局提交的專利遭曝光，局專利文件顯示蘋果似乎有意在未來的AirPods中集成生物傳感器。...
2019-10-040
參考資料
1.
DNA生物傳感器的原理與應用
．傳感器之家．2012-11-23[引用日期2013-05-01]
2.
什么是生物傳感器
．5聯網[引用日期2013-02-01]
3.
美軍開發“皮膚生物傳感器”監測軍人健康狀況
．生物谷[引用日期2014-06-15]
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