本站小編為你精心準(zhǔn)備了淺談生物傳感器研究現(xiàn)狀與展望參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫(xiě)作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：生物傳感器是利用生物化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)原理，將生物化學(xué)反應(yīng)信號(hào)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成光信號(hào)、電信號(hào)的分析檢測(cè)儀器，具有使用方便、快速、準(zhǔn)確靈敏度高等特點(diǎn)。本文主要介紹了微生物細(xì)胞傳感器、酶?jìng)鞲衅鳌⒚庖邆鞲衅鳌⒔M織傳感器和DNA傳感器的主要特點(diǎn)以及在環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用和研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：生物傳感器；環(huán)境監(jiān)測(cè)；生物醫(yī)學(xué)

引言

1962年，Clark和Lyons通過(guò)葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化反應(yīng)的原理來(lái)制成了第一個(gè)酶?jìng)鞲衅鳎缙诘纳飩鞲衅髦饕且悦競(jìng)鞲衅鳛橹鳎捎诿傅膬r(jià)格高活性不穩(wěn)定，影響了酶?jìng)鞲衅鞯陌l(fā)展和應(yīng)用。隨著微生物固定化技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了各類(lèi)新型微生物電極傳感器，微生物電極以微生物活體作為敏感元件，具有成本低、靈敏度高、對(duì)目標(biāo)檢測(cè)物具有高度選擇性等優(yōu)點(diǎn)，在食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、發(fā)酵工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

1生物傳感器的工作原理

生物傳感器由分子識(shí)別元件和信號(hào)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，分子識(shí)別元件由生物活性物質(zhì)構(gòu)成，用分子識(shí)別元件識(shí)別目標(biāo)檢測(cè)物，然后產(chǎn)生某種物理或化學(xué)變化，分子識(shí)別元件是生物傳感器選擇性檢測(cè)的基礎(chǔ)，信號(hào)轉(zhuǎn)換器即換能器，可以將生物識(shí)別反應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以被檢測(cè)到的信號(hào)。當(dāng)分子識(shí)別元件與被檢測(cè)物特異性結(jié)合后，產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成光信號(hào)或電信號(hào)等，發(fā)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)檢測(cè)、分析。在設(shè)計(jì)生物傳感器時(shí)，選擇適合于待測(cè)物的敏感元件，是非常重要的前提，依據(jù)敏感元件所引起的物理或化學(xué)變化來(lái)選擇換能器，是設(shè)計(jì)生物傳感器的另一重要環(huán)節(jié)[1]。

2生物傳感器的分類(lèi)

2.1酶?jìng)鞲衅髅競(jìng)鞲衅魇茄芯?/p>

最早和最多的生物傳感器之一，是以生物活性物質(zhì)比如酶、核酸、細(xì)胞等物質(zhì)作為敏感元件，利用生化反應(yīng)所產(chǎn)生的或消耗的物質(zhì)的量，將電化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后用電化學(xué)測(cè)量裝置（電極）定量地檢測(cè)反應(yīng)中生成或消耗的生物活性物質(zhì)，通過(guò)分析待測(cè)物與檢測(cè)的電信號(hào)之間的關(guān)系分析測(cè)定目標(biāo)物的過(guò)程。常見(jiàn)的酶?jìng)鞲衅饔衅咸烟莻鞲衅鳌⒛蛩貍鞲衅鳌⒛懝檀紓鞲衅鞯龋捎诰哂辛己玫姆€(wěn)定性能，已應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

2.2免疫傳感器

免疫傳感器是基于抗原抗體特異性識(shí)別功能的原理研制成的，將抗原或抗體固定在載體上，用于檢測(cè)待測(cè)物及其濃度的生物傳感器。由于免疫傳感器技術(shù)具有特異性強(qiáng)、靈敏度高、使用簡(jiǎn)便及成本低等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)與生物監(jiān)測(cè)技術(shù)、食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)與處理等領(lǐng)域[2]。電化學(xué)免疫傳感器是一種新型免疫傳感器，能夠?qū)乖蚩贵w進(jìn)行動(dòng)態(tài)定量測(cè)定。HaoChen研制出用于白血病細(xì)胞K562A的壓電免疫傳感器，可以定量檢測(cè)白血病細(xì)胞K562A的濃度范圍[3]，并能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)免疫化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，YaoC等研制出用于乙肝病毒的壓電石英免疫傳感器，具有檢測(cè)速度快，抗干擾能力較強(qiáng)，特異性高等特點(diǎn)[4]。

2.3微生物細(xì)胞傳感器

微生物細(xì)胞傳感器是以微生物細(xì)胞作為生物敏感元件，能夠快速監(jiān)測(cè)環(huán)境中的各種污染物的分析裝置，其特點(diǎn)是特異性強(qiáng)、檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)單、在極低的濃度下，可以檢測(cè)空氣、土壤及環(huán)境中的毒性物質(zhì)。微生物細(xì)胞傳感器的敏感元件是微生物細(xì)胞，可以經(jīng)過(guò)遺傳工程重構(gòu)，形成對(duì)環(huán)境中某種特殊物質(zhì)產(chǎn)生生化反應(yīng)，從而產(chǎn)生被檢測(cè)到的信號(hào)。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，微生物細(xì)胞傳感器從利用菌類(lèi)表達(dá)發(fā)光到導(dǎo)入熒光蛋白基因使微生物細(xì)胞發(fā)光，報(bào)告基因表達(dá)后可以產(chǎn)生被檢測(cè)到的光信號(hào)，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器將檢測(cè)到的光信號(hào)放大、分析，通過(guò)對(duì)光信號(hào)的分析就可以定量檢測(cè)目標(biāo)物的濃度。目前，我國(guó)的環(huán)境污染情況不容樂(lè)觀，出現(xiàn)了許多新的污染物，因此，對(duì)污染物的精準(zhǔn)檢測(cè)要求也越來(lái)越高，結(jié)合微生物細(xì)胞傳感器的自身特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境中各類(lèi)污染物的檢測(cè)方面具有廣闊的應(yīng)用前景[5-6]。

3生物傳感器的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1食品工業(yè)生物傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)領(lǐng)域，比如用酶?jìng)鞲衅鳈z測(cè)蘋(píng)果汁和蜂蜜中的葡萄糖成分等等。近幾年，人們?nèi)罕妼?duì)食品安全重視程度越來(lái)越高，特別是食品中的農(nóng)藥殘留以及致病性微生物的檢測(cè)，民以食為天，食品中致病性微生物會(huì)對(duì)消費(fèi)者的身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，輕者，胃腸道不適、惡心、嘔吐，嚴(yán)重者，會(huì)引起食物中毒，要送醫(yī)：進(jìn)行搶救等。因此，必須要加強(qiáng)對(duì)食品中致病性微生物的檢測(cè)工作，Gossett等研制了可用于檢測(cè)葡萄球菌腸毒素B（SEB）的免疫傳感器，當(dāng)樣品溶液流速為1mL轅min時(shí)，其檢測(cè)范圍為12.5耀50pg/mL[7]。

3.2環(huán)境監(jiān)測(cè)

生物傳感器已廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境污染物的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，比如用微生物傳感器對(duì)生物耗氧量（BOD）的監(jiān)測(cè)，其工作原理是用微生物的菌群作為電極，水中生物耗氧量（BOD）的變化會(huì)引起水中微生物呼吸的變化，最終導(dǎo)致電極電流信號(hào)的變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)放大，從而檢測(cè)出生物耗氧量的含量。生物傳感器在大氣監(jiān)測(cè)領(lǐng)域也得到較好的應(yīng)用，比如馬莉等支撐了安培型生物傳感器，利用肝微粒體氧化亞硫酸鹽同時(shí)，降低氧電極周?chē)难鯘舛龋a(chǎn)生電流信號(hào)變化，監(jiān)測(cè)出亞硫酸鹽的濃度，從而分析樣品中SO2的濃度[8]。

3.3發(fā)酵工業(yè)

微生物傳感器具有成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，非常適合發(fā)酵工業(yè)的應(yīng)用，微生物傳感器可應(yīng)用于乙酸、頭孢霉素、谷氨酸、醇類(lèi)、青霉素、乳酸等的測(cè)定。工作原理是用微生物電極與氧電極組成，通過(guò)測(cè)量氧電極電流的變化來(lái)監(jiān)測(cè)耗氧量，從而達(dá)到測(cè)量出待測(cè)物濃度。在各種原材料中葡萄糖的測(cè)定發(fā)酵工業(yè)的重要指標(biāo)之一，用葡萄糖氧化酶的氧化作用，催化葡萄糖的同時(shí)消耗氧，通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)氧含量，從而計(jì)算出葡萄糖的濃度。目前，葡萄糖酶電極傳感器已經(jīng)使用十分廣泛。

3.4生物醫(yī)學(xué)

酶?jìng)鞲衅鳌⒚庖邆鞲衅骷拔⑸飩鞲衅髟谏镝t(yī)學(xué)領(lǐng)域起著非常重要的作用。其中DNA傳感器是近幾年發(fā)展的熱點(diǎn)，是以已知核苷酸序列的DNA固化在載體上，通過(guò)DNA分子雜交，對(duì)另一條含有互補(bǔ)序列的DNA識(shí)別，形成穩(wěn)定的雙鏈DNA結(jié)構(gòu)，通過(guò)轉(zhuǎn)換器對(duì)聲、光及電信號(hào)放大、分析，用于檢測(cè)目標(biāo)DNA[9]。DNA生物傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、疾病診斷及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。

4展望

生物傳感器主要應(yīng)用了生物信息學(xué)、生物芯片、生物計(jì)算機(jī)、生物控制學(xué)及材料學(xué)等多學(xué)科的最新前沿知識(shí)，微型化、智能化及集成化是生物傳感器未來(lái)的發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用，生物傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)的生物傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)化檢測(cè)，使用更加方便、靈敏度更高，進(jìn)一步拓寬生物傳感器的應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]張先恩.生物傳感器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：1-15.

[5]陳高，董元華.微生物細(xì)胞傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].土壤學(xué)報(bào)，2008，45（2）：348-354.

[6]蔡豪斌.微生物活細(xì)胞檢測(cè)生物傳感器的研究[J].華夏醫(yī)學(xué)，2000，13（3）：252-256.

[8]馬莉，崔建升，王曉輝.微生物傳感器研究進(jìn)展[J].河北工業(yè)科技，2004，21（6）：50-53.

作者：高勇 郭艷 安維 張娟麗 單位：河南省食品藥品審評(píng)查驗(yàn)中心