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生物传感器在医学上

的应用

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生物传感器在医学上的应用

[摘要]：生物传感器作为一项新兴的科学技术已应用于医学检验分析领域中,

[1]

是近来国际上医学检测技术的热点之一。生物传感器具有选择性好、灵敏度

[2]

高、分析速度快、成本低、能在复杂体系中进行在线连续监测等特点。本文

综述了生传感器的基本概念、基本原理、特点、分类，并对国内外近几年光

学、电化学和压电3种生物传感器及其应用。

[关键词]生物传感器医学应用发展前景

1、引言

传感器是一种可以获取并处理信息的特殊装置,如人体的感觉器官就是一

套完美的传感系统,通过眼、耳、皮肤来感知外界的光、声、温度、压力等物理

信息,通过鼻、舌感知气味和味道这样的化学刺激。而生物传感器是一类特殊

的传感器,它以生物活性单元(如酶、抗体、核酸、细胞等)作为生物敏感单

元,对目标测物具有高度选择性的检测器。生物传感器是一门由生物、化学、

物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术。因其具有选

择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂的体系中进行在线连续监

测,特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点,使其在近几十年获得蓬

勃而迅速的发展。在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生

物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。特别是分子生物学与微电子学、

光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合,正改变着传统医

学、环境科学、动植物学的面貌。生物传感器的研究开发,已成为世界科技发

展的新热点,形成21世纪新兴的高技术产业的重要组成部分,具有重要的战略

[2]

意义。

2、生物传感综述

2.1生物传感器的基本概念[3]

生物传感器是用固定化的生物活性材料(酶、蛋白质、DNA、抗体、抗

原、生物膜等)与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科,是发展生物技术

必不可少的一种先进的检测方法与监控方法,也是物质分子水平的快速、微量

分析方法。各种生物传感器有以下共同的结构:包括一种或数种相关生物活性

材料(生物膜)及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器

(传感器),二者组合在一起,用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号

的再加工,构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。

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2.2生物传感器的工作原理及特点[3]

生物传感器以生物化学和传感技术为基础,其工作原理可用图1表示:待

测物质经扩散作用进入分子识别元件(生物活性材料),经分子识别,与分子

识别元件特异性结合,发生生物化学反应,产生的生物学信息通过相应的信号

转换器转化为可以定量处理的光信号或电信号,再经仪器的放大、处理和输出,

即可达到分析检测的目的。生物传感器采用固定化生物活性物质作催化剂,专

一性强,只对特定的底物起反应、分析速度快、灵敏度高、稳定性强、准确度

高、操作简单,容易实现自动分析、体积小,可以实现连续在线监测、成本低,

容易进行批量生产等特点。

2.3生物传感器的分类[3]

○

1根据生物传感器中生物分子识别元件上的敏感物质可分为:微生物传感器、

免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等。

○

2根据生物传感器的信号转换器可分为:电化学生物传感器、半导体生物传感

器、热学生物传感器、光学生物传感器、声学生物传感器等。

○

3根据生物传感器中生物敏感物质相互作用的类型可分为:催化型生物传感

器、亲和型生物传感器、代谢型生物传器。

2.4生物传感器在医学领域的应用现状[4]

2.4.1在临床检查中的应用

（１）实验室检查

○

1血气分析和离子测量

利用光纤传感器可以检测血液中氧饱和度、氧分压、二氧化碳分压、PH

（Potenti