趙晧凱

摘 要 在近幾年的研究中，生物傳感器因其實(shí)用價(jià)值巨大被越來(lái)越多的人關(guān)注和研究。本文首先對(duì)生物傳感器進(jìn)行了分類，并通過(guò)生物傳感器的實(shí)際運(yùn)用分別從食品、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)、信息安全、軍事上進(jìn)行了介紹，最后分析了生物傳感器的市場(chǎng)潛力和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 生物傳感器；應(yīng)用；進(jìn)展

中圖分類號(hào) TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）15-0191-02

1 生物傳感器的分類

1.1 按生物物質(zhì)分類

按照傳感器中分子敏感識(shí)別元件和敏感物質(zhì)，可以把生物傳感器分為生物酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、免疫傳感器、?xì)胞傳感器、組織傳感器，具體如圖1所示。

1.2 按信號(hào)轉(zhuǎn)換器分類

按生物傳感器信號(hào)換能裝置對(duì)生物傳感器進(jìn)行分類，具體可分為生物電極、半導(dǎo)體生物、光電生物、壓電晶體生物換能等傳感器。

1.3 按生物識(shí)別原件和被監(jiān)測(cè)目標(biāo)兩者間的相互作用進(jìn)行分類

按照兩者間相互作用方式上的區(qū)別，將生物傳感器分為生物體代謝物質(zhì)型以及生物物質(zhì)的親和型和代謝催化型等傳感器。

2 生物傳感器的實(shí)際運(yùn)用

2.1 食品工業(yè)上的運(yùn)用

在食品工業(yè)上，生物傳感器的應(yīng)用主要體現(xiàn)在確定原料成分，對(duì)食品添加劑做定性定量，測(cè)定食品新鮮程度，分析食品物理特性，檢測(cè)有毒和有害物質(zhì)等方面。魚在進(jìn)行降解中會(huì)生成黃嘌呤、肌苷、酸肌苷，運(yùn)用生物傳感器能更準(zhǔn)確迅速的對(duì)魚新鮮程度進(jìn)行判斷?？梢晕：θ梭w身體健康的毒素很多，黃曲霉就是重要毒素之一，但是，在對(duì)黃曲霉進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中，若運(yùn)用傳統(tǒng)檢測(cè)方式不僅會(huì)危害檢測(cè)人員身體健康，而且檢測(cè)周期也很長(zhǎng)。而運(yùn)用微生物傳感器對(duì)黃曲霉進(jìn)行檢測(cè)卻能在一分鐘之內(nèi)完成，檢測(cè)時(shí)間短，就不會(huì)造成檢測(cè)員近距離的長(zhǎng)期與該毒素進(jìn)行接觸，極大地提高了安全性。當(dāng)然運(yùn)用生物傳感器還可以對(duì)威脅食品安全的肉毒桿菌毒素B、蓖麻等毒素以及農(nóng)藥和化肥中余留的重金屬離子進(jìn)行檢測(cè)，不僅檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，而且速度快，有利于保障食品的安全和人們的健康。

2.2 環(huán)境監(jiān)測(cè)上的運(yùn)用

隨著人們生產(chǎn)量的加大和工業(yè)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染也越發(fā)嚴(yán)重，給人們的生活帶來(lái)了很大的影響。正是在這樣的情況下，在環(huán)境污染檢測(cè)上就更需要一種持續(xù)且高效率的檢測(cè)設(shè)備，而生物傳感器能達(dá)到這些要求。酸雨的形成主要是大氣中SO2過(guò)多造成的，對(duì)酸雨的傳統(tǒng)檢測(cè)方法不僅復(fù)雜，還易受周圍環(huán)境的影響。目前已應(yīng)用生物傳感器對(duì)酸雨和霧霾等進(jìn)行準(zhǔn)確快速的分析，具體是通過(guò)在乙酸纖維膜上固定上一些亞細(xì)胞類脂類物質(zhì)，從而同氧電極制成固定型生物傳

感器。

2.3 在醫(yī)學(xué)上的運(yùn)用

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生物傳感器有著十分重要的作用。生物傳感器技術(shù)具備靈敏度高、專一性強(qiáng)、響應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，因此，它的應(yīng)用不僅給臨床試驗(yàn)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)提供了更穩(wěn)定快速的診斷方法，并且在生物和軍事等醫(yī)學(xué)上應(yīng)用前景廣。生物酶電極傳感器即運(yùn)用各微生物間不同特點(diǎn)來(lái)代替酶，在臨床診斷中是最早使用的一種傳感器，而且在生物醫(yī)學(xué)中能更快捷及時(shí)的對(duì)生物毒素進(jìn)行檢測(cè)，有效防范生化物質(zhì)的危害。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域在各類細(xì)菌、毒素、抗體等已應(yīng)用了生物傳感器進(jìn)行

檢測(cè)。

2.4 在信息安全中的運(yùn)用

互聯(lián)網(wǎng)和信息高速發(fā)展，信息安全也成為人們十分關(guān)注的話題，傳統(tǒng)的系統(tǒng)升級(jí)和防火墻等手段已無(wú)法阻止病毒和黑客的攻擊。在信息安全方面，可運(yùn)用現(xiàn)代新型生物傳感器，比如人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別、指紋識(shí)別等技術(shù)，這些技術(shù)都是通過(guò)把生物信號(hào)不斷轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行高速處理的過(guò)程，不僅高效，而且安全穩(wěn)定，在信息安全領(lǐng)域中，已是不可或缺的

技術(shù)。

2.5 在軍事上的運(yùn)用

隨著生化武器、核武器等的出現(xiàn)，未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中高科技武器的破壞和威脅也越來(lái)越大，在這些高科技武器中，生物戰(zhàn)劑嚴(yán)重威脅著國(guó)家安全，所帶來(lái)的威脅性與核武器有比肩趨勢(shì)，因此，世界各國(guó)國(guó)防也會(huì)把監(jiān)測(cè)生物戰(zhàn)劑的生物傳感器作為核心項(xiàng)目之一。壓電免疫傳感器能夠?qū)σl(fā)人、動(dòng)物、植物患病的細(xì)菌進(jìn)行監(jiān)測(cè)，比如沙門氏菌、霍亂弧菌、肉毒桿菌等。納米、生物、微電子、計(jì)算機(jī)信息處理等技術(shù)的飛速發(fā)展和運(yùn)用，有利于微型生物傳感器和超敏感生物傳感器的研發(fā)和應(yīng)用，在軍事領(lǐng)域，生物傳感器因其在生物戰(zhàn)劑檢測(cè)上更加靈敏、快速且操作簡(jiǎn)捷，應(yīng)用范圍廣闊且前景

良好。

3 生物傳感器的市場(chǎng)潛力和發(fā)展趨勢(shì)

3.1 傳感器由單一成分轉(zhuǎn)為系列成分

食品是一種復(fù)雜體系，由很多物質(zhì)所組成，而我們?cè)趯?duì)食物進(jìn)行分析中需對(duì)多種成分進(jìn)行測(cè)定。所以，要求生物傳感器在分析測(cè)定上需具備多種功能。人們正逐步采用三維高速立體噴墨、光刻、激光解吸、自組裝等技術(shù)來(lái)發(fā)展生物傳感器的多項(xiàng)功能，在面積相對(duì)較小的情況下，最大范圍地排列更多傳感器，比如測(cè)定葡萄糖、乙醇等濃度的生物多功能傳感器，以及測(cè)定乳酸鹽、亞硫酸鹽等濃度的生物多功能傳

感器。

3.2 在基因工程技術(shù)上的運(yùn)用

在基因工程上運(yùn)用生物傳感器能研發(fā)出具備更強(qiáng)檢測(cè)力的生物元件。比如對(duì)有機(jī)磷進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)源不一樣的酶其敏感性差別十分大，運(yùn)用定點(diǎn)突變能有效提高酶的敏感性。

3.3 生物傳感器同其他儀器進(jìn)行集成

通過(guò)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的研發(fā)，HPLC以及CE能夠同靈敏度高且選擇性強(qiáng)的生物傳感器系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合，從而進(jìn)行檢測(cè)。比如，生物傳感器與HPLC的集成，能夠?qū)?種有機(jī)醇，7種氨基酸和維生素等進(jìn)行組合的混合物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。

3.4 發(fā)展趨勢(shì)

生物傳感器會(huì)不斷向選擇性更高、靈敏度更高的方向發(fā)展，此外成本會(huì)降低，操作也更為便捷。對(duì)食品生物毒素或者農(nóng)藥殘留做分析中，需要不斷加強(qiáng)生物傳感器的靈敏度，提高其穩(wěn)定性，不斷改善生物材料性能和結(jié)構(gòu)，研制更高的生物敏感材料，這也是生物傳感器發(fā)展的新趨勢(shì)。

4 結(jié)論

生物傳感器無(wú)論是在食品、環(huán)境上，還是在醫(yī)學(xué)、信息安全、軍事上都有著非常廣闊的發(fā)展前景。隨著材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)和生物、微電子、光電子等技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，生物傳感器的需求迫切性也越發(fā)明顯，有效推動(dòng)了生物傳感器的研發(fā)和

應(yīng)用。

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