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食品安全与生物传感器技术 蔡雁 2015-4-28 Apple Watch Apple Watch是如何检测心率的？ “光电容积脉搏波描记法（photoplethysmography）”的英文单词读起来难，但原理却简单：血液是红色的，反射红光，吸收绿光。Apple Watch结合绿色LED光跟感光光电二极管，检测特定时间手腕处流通的血液量。 心脏跳动的一瞬，手腕处流通的血液量增加，吸收更多绿光；而心跳间隙，吸收的绿光就少一些。Apple Watch上LED光每秒闪动数百次，计算出每分钟的心跳次数，也就是心率。 Apple Watch心率传感器的红外光模式每十分钟检测一次心率。倘若红外系统无法读取足够数据的话，Apple Watch就会自动转换到绿光模式。心率传感器还通过提高LED亮度和采样率来应对信号不足的情况。 第一节 概述 食品的质量和安全性是影响人们健康的重要因素，为保证食品质量及对加工过程进行人为的控制，需要建立合适的分析方法。 传统的分析方法有物理法、化学法及仪器分析法，这些方法都存在着样品预处理步骤复杂、分析时间长、设备庞大、不能现场测定等缺点。因此，运用新的原理和方法开发准确安全的快速检测新技术是目前急需解决的问题。 生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快等优点，并且可以实现连续测定和在线分析，因此，其被广泛应用于食品安全检测领域。 第二节 生物传感器 ２生物传感器工作原理 　　待测物质经扩散作用进入固定生物膜敏感层，经分子识别而发生生物学作用，产生的信息如光、热、音等被相应的信号转换器变为可定量和处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，以电极测定其电流值或电压值，从而换算出被测物质的量或浓度。 3、生物传感器与其他传感器的最大区别： 生物传感器的信号检测以生物活性物质作为敏感元件，具有特异识别分子的能力。与传统的分析方法相比，这种新的检测装置具备以下特点： (1)体积小、响应快、准确度高，可以实现连续在线检测； (2)一般不需进行样品的预处理，可将样品中被测组分的分离和检测统一为一体，使整个测定过程简便迅速，容易实现自动分析； (3)可进行活体分析； (4)生物传感器连同测定仪的成本远低于大型分析仪器，便于推广普及。 4、生物传感器发展历程 开端于 20 世纪 60 年代。 1962 年克拉克等人报道了用葡萄糖氧化酶与氧电极组合检测葡萄糖的结果,可认为是最早提出了生物传感器(酶传感器)的原理。 1967年Updike等人实现了酶的固定化技术, 研制成功酶电极 ,这被认为是世界上第一个生物传感器。 20世纪70年代中期后,生物传感器技术的成功主要集中在对生物活性物质的探索、活性物质的固定化技术、生物电信息的转换以及生物传感器等研究 ,并获得了较快的进展 。 1977年,钤木周一等发表了关于对生化需氧量(BOD)进行快速测定的微生物传感器的报告 , 正式提出了对生物传感器的命名。 5.1 将化学变化转变成电信号 如酶传感器,酶催化特定底物发生反应,从而使特定生成物的量有所增减。 　 用能把这类物质的量的改变转换为电信号的装置和固定化酶耦合,即组成酶传感器,常用转换装置有氧电极、过氧化氢。 氨气检测仪 5.2 将热变化转换成电信号 数显温度计采用温度敏感元件也就是温度传感器（如铂电阻，热电偶，半导体，热敏电阻等），将温度的变化转换成电信号的变化，如电压和电流的变化，温度变化和电信号的变化有一定的关系，如线性关系，一定的曲线关系等，这个电信号可以使用模数转换的电路即AD转换电路将模拟信号转换为数字信号，数字信号再送给处理单元，如单片机或者PC机等，处理单元经过内部的软件计算将这个数字信号和温度联系起来，成为可以显示出来的温度数值，如25.0摄氏度，然后通过显示单元，如LED,LCD或者电脑屏幕等显示出来给人观察。这样就完成了数字温度计的基本测温功能 5.３ 将光信号转变为电信号 例如，过氧化氢酶,能催化过氧化氢/鲁米诺体系发光,因此如设法将过氧化氢酶膜附着在光纤或光敏二极管的前端,再和光电流测定装置相连,即可测定过氧化氢含量. 　　 还有很多细菌能与特定底物发生反应,产生荧光.也可以用这种方法测定底物浓度. BenthoTorch底栖藻类便携式检测仪?对底栖藻类荧光测试的仪器? 都是将分子识别元件中的生物敏感物质与待测物发生化学反应,将反应后所产生的化学或物理变化再通过信号转换器转变为电信号进行测量,这种方式统称为间接测量方式. 5.4 直接产生电信号方式 　　这种方式可以使酶反应伴随的电子转移、微生物细胞的氧化直接(或通过电子递体的作用)在电极表面上发生。根据所得的电流量即可得底物浓度。 6 生物