测量的传感器。生物传感器的原理主要由两大部分组成:生物功能物质的分子识别部分和转换部分。前者的作用是识别被测物质,当生物传感器的敏感膜与被测物接触时,敏感膜上的某种生化活性物质就会从众多化合物中挑选适合于自己的分子并与之产生作用,使其具有选择识别的能力;转换部分,是由于细胞膜受体与外界发生了共价结合,通过细胞膜的通透性改变,诱发了一系列的电化学过程,而这种变换得以把生物功能物质的分子识别转换为电信号,形成了生物传感器。
国内外研究与应用现状。生物传感器的研制和开发在全球学术界都具有巨大的影响力。在国外,现代生物传感器已被详细划分为酶传感器、细胞传感器、免疫传感器、基因传感器等。
酶传感器,由于酶的纯化困难,加之固化技术影响酶的活性,现代生物传感技术中采用:(1)多酶体系利用,即对不同化合物采用不同类型的酶进行最大活
性的催化反应,并运用多酶的反馈调节可大大节省原材料并提高工作效率;(2)固定化底物电极,即使玻璃电极附近的PH变化与酶的活性在一定范围内呈线性关系;(3)酶的电化学固定化,即制作厚度小、酶含量可控的酶层。
细胞传感器以活细胞作为探测单元,能定性定量地测量和分析未知物质的信息;并可连续检测和分析细胞在外界刺激下的生理功能。
免疫传感器是利用抗体对抗原的识别并能与抗原结合的功能构成的生物传感器,根据生物敏感膜产生电位的不同,可分为标记和非标记免疫传感器。 现代基因传感器技术主要应用于基因固定的载体表面修饰和基因探针固定化技术、界面杂交技术、杂交信号转换和检测技术等。
在我国,生物传感器技术还处在大规模的研究阶段。然而,结合国内外相关技术研制的生物传感器在当前的工业、农业、环境监测及生物医学等众多领域
还是有着广泛和重要的用途的。 在生物医学方面,一些有临床诊断意义的基质(如血糖、乳酸、谷氨酰胺等)可借助于生物传感器来检测。 在环境监测领域,生物传感器在测定环境污染指标BOD(即水质受有机物污染的程度)方面起到了重要的作用,为保证地区的淡水、饮用水质量,有效治理被污染水源等做出了贡献;微生物传感器用于测定空气和水中的NH3含量和浓度,在发酵工业、整治大气污染等方面发挥功效;生物传感器还可探测除草剂含量,应用于植物学研究和整治农药污染。
在食品工业中,生物传感器用于食品鲜度、滋味和熟度的测定,在食品生产和加工过程中起到重要作用;同时,还可测定食品中的细菌和毒素含量,及时避免人们误食此类食品而危害健康。
四、现代传感器技术的发展趋势和应用前景
从传感器技术的发展历史与研究现状可以看出,随着科学技术的迅猛发展以及相关条件的日趋成熟,传感器技术逐渐受到了各学科领域的高度重视。当今传感器技术的研究与发展,特别是基于光电通信和生物学原理的新型传感器技术的发展,已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力。 由于传感器具有频率响应、阶跃响应等动态特性以及诸如漂移、重复性、精确度、灵敏度、分辨率、线性度等静态特性,所以外界因素的改变与动荡必然会造成传感器自身特性的不稳定,从而给其实际应用造成较大影响。这就要求针对传感器的工作原理和结构,在不同场合对传感器规定相应的基本要求,以最大程度优化其性能参数与指标,如高灵敏度、抗干扰的稳定性、线性、容易调节、高精度、无迟滞性、工作寿命长、可重复性、抗老化、高响应速率、抗环境影响、互换性、低成本、宽测量
