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關于傳感器在醫學上的應用


傳感器(biosensor)對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質)與適當的理化換能器(如氧電極、光敏管、場效應管、壓電晶體等等)及信號放大裝置構成的分析工具或系統。生物傳感器具有接受器與轉換器的功能。

1967年S.J.烏普迪克等制出了第一個生物傳感器葡萄糖傳感器。將葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺膠體中加以固化,再將此膠體膜固定在隔膜氧電極的尖端上,便制成了葡萄糖傳感器。當改用其他的酶或微生物等固化膜,便可制得檢測其對應物的其他傳感器。固定感受膜的方法有直接化學結合法;高分子載體法;高分子膜結合法。現已發展了第二代生物傳感器(微生物、免疫、酶免疫和細胞器傳感器 ),研制和開發第三代生物傳感器,將生物技術和電子技術結合起來的場效應生物傳感器。

由于酶膜、線粒體電子傳遞系統粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗體膜對生物物質的分子結構具有選擇性識別功能 ,只對特定反應起催化活化作用,因此生物傳感器具有非常高的選擇性。缺點是生物固化膜不穩定。生物傳感器涉及的是生物物質,主要用于臨床診斷檢查、治療時實施監控、發酵工業、食品工業、環境和機器人等方面。

生物傳感器是用生物活性材料(酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜等)與物理化學換能器有機結合的一門交叉學科,是發展生物技術必不可少的一種先進的檢測方法與監控方法,也是物質分子水平的快速、微量分析方法。在未來21世紀知識經濟發展中,生物傳感器技術必將是介于信息和生物技術之間的新增長點,在國民經濟中的臨床診斷、工業控制、食品和藥物分析(包括生物藥物研究開發)、環境保護以及生物技術、生物芯片等研究中有著廣泛的應用前景。

生物傳感器有以下共同的結構:包括一種或數種相關生物活性材料(生物膜)及能把生物活性表達的信號轉換為電信號的物理或化學換能器(傳感器),二者組合在一起,用現代微電子和自動化儀表技術進行生物信號的再加工,構成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統。

生物傳感器的原理:
待測物質經擴散作用進入生物活性材料,經分子識別,發生生物學反應,產生的信息繼而被相應的物理或化學換能器轉變成可定量和可處理的電信號,再經二次儀表放大并輸出,便可知道待測物濃度。

生物傳感器的特點:
(1)采用固定化生物活性物質作催化劑,價值昂貴的試劑可以重復多次使用,克服了過去酶法分析試劑費用高和化學分析繁瑣復雜的缺點。
(2)專一性強,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)操作系統比較簡單 ,容易實現自動分析
(6)成本低,在連續使用時,每例測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系統內的供氧狀況和副產物的產生。在產控制中能得到許多復雜的物理化學傳感器綜合作用才能獲得的信息。同時它們還指明了增加產物得率的方向。

生物的種類:
(1)按照其感受器中所采用的生命物質分類, 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 ,可分為:熱敏生物傳感器、場效應管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學生物傳感器、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)按照生物敏感物質相互作用的類型分類, 可分為親和型和代謝型兩種

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