一、生物傳感器的發(fā)展歷程

20世紀(jì)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(biāo)志性事件是：1985年《生物傳感器》國(guó)際刊物在英國(guó)創(chuàng)刊；1987年生物傳感器經(jīng)典著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(jì)算機(jī)等學(xué)科一起，處在生命科學(xué)和信息科學(xué)的交叉區(qū)域。它們的共同特征是:探索和揭示出生命系統(tǒng)中信息的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸、加工、轉(zhuǎn)換和控制等基本規(guī)律，探討應(yīng)用于人類經(jīng)濟(jì)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(yīng)用各種生物活性材料與傳感器結(jié)合，研究和開(kāi)發(fā)具有識(shí)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(yīng)用。生物傳感器中應(yīng)用的生物活性材料對(duì)象范圍包括生物大分子、細(xì)胞、細(xì)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(cè)物質(zhì)進(jìn)入傳感器后，分子識(shí)別然后發(fā)生生物反應(yīng)并產(chǎn)生信息，信息被化學(xué)換能器或者物理?yè)Q能器轉(zhuǎn)化為聲、光、電等信號(hào)，儀器將信號(hào)輸出，我們就能夠得到待測(cè)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(hào)通過(guò)自動(dòng)化儀表技術(shù)和微電子技術(shù)處理，就能構(gòu)成各種儀器或者系統(tǒng)。

三、生物傳感器的種類

生物傳感器的分類：

(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?jìng)鞲衅?、DNA傳感器等。

(2)按照傳感器器件檢測(cè)的原理分類，可分為：熱敏生物傳感器、場(chǎng)效應(yīng)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)相互作用的類型分類,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(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)大多是酶分析法，這種方法步驟繁瑣，費(fèi)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(fù)多次使用，克服了過(guò)去酶法分析試劑費(fèi)用高和化學(xué)分析繁瑣復(fù)雜的缺點(diǎn)。

(2)專一性強(qiáng)，只對(duì)特定的底物起反應(yīng)，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(jié)果。

(4)準(zhǔn)確度高，一般相對(duì)誤差可以達(dá)到1%。

(5)操作系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析。

(6)成本低,在連續(xù)使用時(shí)，每例測(cè)定僅需要幾分錢人民幣。

(7)有的生物傳感器能夠可靠地指示微生物培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)的供氧狀況和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

五、生物傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的運(yùn)用

生物傳感器有很多種，下面針對(duì)其中幾種傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的運(yùn)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(cè)溶液中的溶解氧，放出熱量或者光，達(dá)到定量檢測(cè)待測(cè)物質(zhì)的目的。相對(duì)于酶?jìng)鞲衅?，微生物傳感器使用穩(wěn)定并且成本更低，但是使用范圍不及酶?jìng)鞲衅?，?shù)據(jù)顯示，微生物傳感器能夠檢測(cè)的物質(zhì)約為60種到70種。微生物會(huì)受到待測(cè)物質(zhì)的毒害影響，這是影響傳感器準(zhǔn)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?jìng)鞲衅?

這種傳感器的敏感元件是固定化酶，使用酶?jìng)鞲衅骶筒恍枰ㄙM(fèi)大量精力去提取酶。臨床上測(cè)定尿素、葡萄糖、乳酸、天門冬酰胺等生化指標(biāo)可以采用酶?jìng)鞲衅鳎绗F(xiàn)在的葡萄糖酶?jìng)鞲衅饕呀?jīng)發(fā)展到了第四代，應(yīng)用范圍廣泛，并且國(guó)際上乳酸酶?jìng)鞲衅骷夹g(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。臨床上要檢驗(yàn)患者腎功能就要進(jìn)行腎功能診斷，然后針對(duì)性的實(shí)施人工透析，這種情況下就要使用尿素傳感器。酶?jìng)鞲衅餮芯繒r(shí)間和發(fā)展時(shí)間都較長(zhǎng)，市場(chǎng)上的酶?jìng)鞲衅饕呀?jīng)達(dá)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(xiàn)的一種傳感器，但是技術(shù)先進(jìn)，國(guó)內(nèi)外也有很多專家學(xué)者針對(duì)基因傳感器進(jìn)行研究，現(xiàn)在已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一?；騻鞲衅鞯幕A(chǔ)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(cè)定目標(biāo)核酸分子?，F(xiàn)在研究和使用較多的基因傳感器是DNA傳感器，主要用于結(jié)核桿菌、艾滋病毒和乙肝炎病毒等的檢測(cè)，從而達(dá)到診斷疾病的目的。