簡介:收稿日期20071026作者簡介夏西泉1969,男,重慶市人,重慶電子工程職業(yè)學(xué)院,高級(jí)講師,主要從事傳感與檢測技術(shù)、通信技術(shù)的教學(xué)與研究曹毅1967,男,重慶市人,副教授,重慶城市管理職業(yè)學(xué)院電子信息工程系主任,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信、生物醫(yī)學(xué)信息處理。第17卷第1期重慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)VOL17NO12008年1月JOURNALOFCHONGQINGVOCATIONAL第二部分是轉(zhuǎn)換部件,將其他物理量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量電壓或電流,如溫度轉(zhuǎn)化為電壓,力學(xué)壓力量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量等。其余為輔助部分,完成系統(tǒng)測量或控制的功能。生物傳感器的組成框圖如圖1所示。22生物傳感器的原理被測物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入生物活性材料,經(jīng)分子識(shí)別特異性結(jié)合后,發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生的信息繼而被相應(yīng)的物理或化學(xué)換能器轉(zhuǎn)變成可定量和可處理的電信號(hào),再經(jīng)信號(hào)處理單元處理后輸出,便可知道待測物的相關(guān)信息。3生物傳感器的種類根據(jù)生物傳感器組成部分識(shí)別部分和轉(zhuǎn)換部分的材料或原理的不同,可以有以下不同的分類方法。1按照其感受器中所采用的生命物質(zhì)分類,可分為微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、細(xì)胞傳感器、酶傳感器、DNA傳感器等。生物醫(yī)學(xué)傳感器的發(fā)展與應(yīng)用綜述夏西泉1,曹毅21重慶電子工程職業(yè)學(xué)院,重慶4013312重慶城市管理職業(yè)學(xué)院,重慶400055摘要隨著現(xiàn)代生物工程技術(shù)的發(fā)展和需要,生物醫(yī)學(xué)傳感器的研究與開發(fā)得到了長足發(fā)展,特別是微傳感器及生化傳感器是目前發(fā)展的前沿技術(shù),本文對(duì)生物醫(yī)學(xué)傳感器的發(fā)展、原理、應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展趨勢(shì)等作了詳細(xì)論述。關(guān)鍵詞生物醫(yī)學(xué)傳感器傳感器應(yīng)用中圖分類號(hào)Q1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)16720067200801014904圖1生物傳感器結(jié)構(gòu)框圖夏西泉,等生物醫(yī)學(xué)傳感器的發(fā)展與應(yīng)用綜述第1期有新的農(nóng)藥和抗生素用于農(nóng)牧業(yè),它們?cè)诮o人類帶來財(cái)富的同時(shí),也給人類帶來了危害。所以對(duì)農(nóng)藥和抗生素殘留量的測定,各國政府一向都非常重視。近年來,人們就生物傳感器在該領(lǐng)域中的應(yīng)用做了一些探索,如STARODUB等分別用乙酰膽堿脂酶ACHE和丁酰膽堿脂酶BCHE為敏感材料,制作了離子敏場效應(yīng)晶體管酶傳感器,兩種傳感器均用于蔬菜等樣品中有機(jī)磷農(nóng)藥DDVP和伏殺磷等的測定,檢測限為107~105MOL/L。53食品、醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用在食品和醫(yī)藥工業(yè)中,為保證產(chǎn)品質(zhì)量,必須實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)監(jiān)控。以發(fā)酵生產(chǎn)啤酒為例,為確保啤酒的質(zhì)量,必須對(duì)啤酒中的幾種主要成分進(jìn)行在線監(jiān)測。生物傳感器已用于啤酒中乙醇的檢測,這種傳感器由固定的微生物膜和氧電極組成,當(dāng)它與乙醇溶液接觸時(shí),膜上的微生物具有把乙醇分解成碳酸氣和水的功能,在反應(yīng)中消耗了氧,由氧電極測出氧的消耗,進(jìn)而測出樣品中乙醇的濃度。鮮度是評(píng)價(jià)食品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一,通常用人的感觀檢測,主觀性強(qiáng),個(gè)體差異大,所以人們一直在尋找客觀的理化指標(biāo)來代替。VOLPE等以黃嘌呤氧化酶為生物敏感材料,結(jié)合過氧化氫電極,通過測定魚降解過程中產(chǎn)生的一磷酸肌苷IMP、肌苷HXR和次黃嘌呤HX的濃度,從而評(píng)價(jià)魚的鮮度。在醫(yī)藥工業(yè)上,一般采用發(fā)酵工藝生產(chǎn)谷氨酸,因此需要快速、連續(xù)、自動(dòng)地測定發(fā)酵生成物濃度,以便進(jìn)一步提高產(chǎn)率。1980年,HIKUMA等成功地研制出測定谷氨酸濃度的微生物傳感器,用于谷氨酸生產(chǎn)過程的監(jiān)測。54軍事上的應(yīng)用現(xiàn)代戰(zhàn)爭往往是在核武器、化學(xué)武器、生物武器威脅下進(jìn)行的戰(zhàn)爭。偵檢、鑒定和監(jiān)測是整個(gè)“三防”醫(yī)學(xué)中的重要環(huán)節(jié),是進(jìn)行有效化學(xué)戰(zhàn)和生物戰(zhàn)防護(hù)的前提。由于具有高度特異性、靈敏性和能快速地探測化學(xué)戰(zhàn)劑和生物戰(zhàn)劑包括病毒、細(xì)菌和毒素等的特性,生物傳感器將是最重要的一類生物戰(zhàn)劑偵檢器材。1981年,TAYLOR等人成功地發(fā)明了兩種受體生物傳感器煙堿乙酰膽堿受體生物傳感器和某種麻醉劑受體生物傳感器,它們能在10S內(nèi)偵檢109濃度級(jí)的生化戰(zhàn)劑,包括委內(nèi)瑞拉馬腦炎病毒、黃熱病毒、炭疽桿菌、流感病毒等。近年來,美國陸軍醫(yī)學(xué)研究和發(fā)展部研制的酶免疫生物傳感器具有初步鑒定多達(dá)22種不同生物戰(zhàn)劑的能力。美國海軍研究出DNA探針生物傳感器,在海灣沙漠風(fēng)暴作戰(zhàn)中用于檢測生物戰(zhàn)劑。用生物傳感器檢測生物戰(zhàn)劑、化學(xué)戰(zhàn)劑具有經(jīng)濟(jì)、簡便、迅速、靈敏的特點(diǎn)。單克隆抗體的出現(xiàn)及其與微電子學(xué)的聯(lián)系,使發(fā)展眾多的小型、超敏感生物傳感器成為可能,生物傳感器在軍事上的應(yīng)用前景將更為廣闊。6展望生物傳感器是一個(gè)多學(xué)科交叉的高技術(shù)領(lǐng)域,伴隨著生物科學(xué)、信息科學(xué)和材料科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的高速發(fā)展,生物傳感器的發(fā)展將會(huì)有以下新特點(diǎn)功能多樣化未來的生物傳感器將進(jìn)一步涉及醫(yī)療保健、疾病診斷、食品檢測、環(huán)境監(jiān)測、發(fā)酵工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。目前,生物傳感器研究中的重要內(nèi)容之一就是研究能代替生物視覺、聽覺和觸覺等感覺器官的生物傳感器,即仿生傳感器。微型化隨著微加工技術(shù)和納米技術(shù)的進(jìn)步,生物傳感器將不斷地微型化,各種便攜式生物傳感器的出現(xiàn)使人們?cè)诩抑羞M(jìn)行疾病診斷,在市場上直接檢測食品成為可能。智能化與集成化未來的生物傳感器必定與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合,自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù),更科學(xué)、準(zhǔn)確地提供結(jié)果,實(shí)現(xiàn)采樣、進(jìn)樣、結(jié)果一條龍,形成檢測的自動(dòng)化系統(tǒng)。同時(shí),芯片技術(shù)將越來越多地進(jìn)入傳感器領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)檢測系統(tǒng)的集成化、一體化。7結(jié)束語21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì),特別是人類基因組計(jì)劃的實(shí)施大大加速了與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生、食物等學(xué)科息息相關(guān)的各類新型生化傳感器的發(fā)展,這給當(dāng)前生化傳感器的研究提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇??梢灶A(yù)見,在不久的將來,一種新型的生化傳感器微系統(tǒng)將走進(jìn)我們的生活,它將在疾病診斷、生物信息學(xué)和基因檢測分析等方面顯示出廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1彭承琳生物醫(yī)學(xué)傳感器原理及應(yīng)用M北京高等教育出版社,20002彭承琳生物醫(yī)學(xué)傳感器原理與應(yīng)用M重慶重慶大學(xué)出版社,19923MEHMETENGIN,ALPARSLANDEMIREL,ETCRECENTDEVELOPMENTSANDTRENDSINBIOMEDICALSENSORSJ,MEASUREMENT,200537173–1884陳絢,楊安綜述生物傳感器及發(fā)展研究前景J南昌高專學(xué)報(bào),2005194965MAKARENKOAA,BEZVERBNAYAIP,KOSHELEVAIA,ETCDEVELOPMENTOFBIOSENSORSFORPHENOLDETERMINATIONFROMBACTERIAFOUNDINPETROLEUMFIELDSOFWESTSIBERIAJAPPLIEDBIOCHEMISTRYANDMICROBIOLOGY,2002,38123276SEMENCHUKIN,TARANOVALA,KALENYUKAA,ETCEFFECTOFVARIOUSMETHODSOFIMMOBILIZATIONONTHESTABILITYOFAMICROBIALBIOSENSORFORSURFACTANTSBASEDONPSEUDOMONASRATHONISTJAPPLIEDBIOCHEMISTRYANDMICROBIOLOGY,2000,36169727許媛媛,夏善紅等基于MEMS的生物微傳感技術(shù)J傳感器技術(shù),2005,242578NAKAMURAHPHOSPHATEIONDETERMINATIONINWATERFORDRINKINGUSINGBIOSENSORSJBUNSEKIKAGAKU,2001,5085815829A,LUCACIUI,FLESCHINS,MAGEARUVMICROBIALBIOSENSORFORNONYLPHENOLETOXYLATENP80EJSOUTHAFRICANJOUNALOFCHEMISTRYSUIDAFRIKAANSETYDSKRIFVIRCHEMIE,2000,531141710LETHS,MALTONIS,SIMKUSR,ETCENGINEEREDBACTERIABASEDBIOSENSORSFORMONITORINGBIOAVAILABLEHEAVYMETALJELECTROANALYSIS,2002,1413542151
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