一、生物傳感器的發(fā)展歷程

20世紀的60年代，Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶(GOD)固定化膜和氧電極組裝在一起，首先制成了第一種生物傳感器，即葡萄糖酶電極。到80年代生物傳感器研究領(lǐng)域已基本形成。其標志性事件是：1985年《生物傳感器》國際刊物在英國創(chuàng )刊；1987年生物傳感器經(jīng)典著(zhù)作在牛津出版社出版；1990年，首屆世界生物傳感器學(xué)術(shù)大會(huì )在新加坡召開(kāi)。

生物傳感器是一個(gè)非?；钴S的研究和工程技術(shù)領(lǐng)域，它與生物信息學(xué)、生物芯片、生物控制論、仿生學(xué)、生物計算機等學(xué)科一起，處在生命科學(xué)和信息科學(xué)的交叉區域。它們的共同特征是:探索和揭示出生命系統中信息的產(chǎn)生、存儲、傳輸、加工、轉換和控制等基本規律，探討應用于人類(lèi)經(jīng)濟活動(dòng)的基本方法。

生物傳感器技術(shù)的研究重點(diǎn)是：廣泛地應用各種生物活性材料與傳感器結合，研究和開(kāi)發(fā)具有識別功能的換能器，并成為制造新型的分析儀器和分析方法的原創(chuàng )技術(shù)，研究和開(kāi)發(fā)它們的應用。生物傳感器中應用的生物活性材料對象范圍包括生物大分子、細胞、細胞器、組織、器官等,以及人工合成的分子印跡聚合物(MIP)。

二、生物傳感器的基本原理

傳感器中包含抗體、抗原、蛋白質(zhì)、DNA或者酶等生物活性材料，待測物質(zhì)進(jìn)入傳感器后，分子識別然后發(fā)生生物反應并產(chǎn)生信息，信息被化學(xué)換能器或者物理?yè)Q能器轉化為聲、光、電等信號，儀器將信號輸出，我們就能夠得到待測物質(zhì)的濃度。傳感器的主要組成部分是感受器和換能器，再將信號通過(guò)自動(dòng)化儀表技術(shù)和微電子技術(shù)處理，就能構成各種儀器或者系統。

三、生物傳感器的種類(lèi)

生物傳感器的分類(lèi)：

(1)按照其感受器中所采用的生命物質(zhì)分類(lèi)，可分為：微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、細胞傳感器、酶傳感器、DNA傳感器等。

(2)按照傳感器器件檢測的原理分類(lèi)，可分為：熱敏生物傳感器、場(chǎng)效應管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、聲波道生物傳感器、酶電極生物傳感器、介體生物傳感器等。

(3)按照生物敏感物質(zhì)相互作用的類(lèi)型分類(lèi),可分為親和型和代謝型兩種。

四、生物傳感器的特點(diǎn)

(1)傳統醫學(xué)檢驗大多是酶分析法，這種方法步驟繁瑣，費用較高，而采用生物傳感器的方法，采用固定化生物活性物質(zhì)作催化劑，價(jià)值昂貴的試劑可以重復多次使用，克服了過(guò)去酶法分析試劑費用高和化學(xué)分析繁瑣復雜的缺點(diǎn)。

(2)專(zhuān)一性強，只對特定的底物起反應，而且不受顏色、濁度的影響。

(3)分析速度快，可以在一分鐘得到結果。

(4)準確度高，一般相對誤差可以達到1%。

(5)操作系統比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現自動(dòng)分析。

(6)成本低,在連續使用時(shí)，每例測定僅需要幾分錢(qián)人民幣。

(7)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(chǎn)物的產(chǎn)生。

五、生物傳感器在醫學(xué)領(lǐng)域中的運用

生物傳感器有很多種，下面針對其中幾種傳感器在醫學(xué)領(lǐng)域中的運用展開(kāi)分析。

(1)微生物傳感器

微生物傳感器的感受器是含有微生物的膜，工作原理是微生物會(huì )消耗待測溶液中的溶解氧，放出熱量或者光，達到定量檢測待測物質(zhì)的目的。相對于酶傳感器，微生物傳感器使用穩定并且成本更低，但是使用范圍不及酶傳感器，數據顯示，微生物傳感器能夠檢測的物質(zhì)約為60種到70種。微生物會(huì )受到待測物質(zhì)的毒害影響，這是影響傳感器準確度和壽命的主要因素，解決了這個(gè)問(wèn)題，微生物傳感器市場(chǎng)化指日可待。

(2)酶傳感器

這種傳感器的敏感元件是固定化酶，使用酶傳感器就不需要花費大量精力去提取酶。臨床上測定尿素、葡萄糖、乳酸、天門(mén)冬酰胺等生化指標可以采用酶傳感器，例如現在的葡萄糖酶傳感器已經(jīng)發(fā)展到了第四代，應用范圍廣泛，并且國際上乳酸酶傳感器技術(shù)已經(jīng)相當成熟。臨床上要檢驗患者腎功能就要進(jìn)行腎功能診斷，然后針對性的實(shí)施人工透析，這種情況下就要使用尿素傳感器。酶傳感器研究時(shí)間和發(fā)展時(shí)間都較長(cháng)，市場(chǎng)上的酶傳感器已經(jīng)達到了超過(guò)200種。

(3)基因傳感器

基因傳感器是近年來(lái)才出現的一種傳感器，但是技術(shù)先進(jìn)，國內外也有很多專(zhuān)家學(xué)者針對基因傳感器進(jìn)行研究，現在已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一?；騻鞲衅鞯幕A是雜交高特異性，一般基因傳感器上有30個(gè)左右的核苷酸單鏈核酸分子，通過(guò)和靶序列雜交測定目標核酸分子?，F在研究和使用較多的基因傳感器是DNA傳感器，主要用于結核桿菌、艾滋病毒和乙肝炎病毒等的檢測，從而達到診斷疾病的目的。