孫龍?jiān)?，王艷，薛也，趙軒，朵慧，張皓然

哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（哈爾濱 150076）

生物傳感器是利用某些具有生物活性物質(zhì)作為敏感材料，將生物信息轉(zhuǎn)換成電信號以達(dá)到選擇性的識別和測定各種生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器。生物傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域快速增加，它作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要決定性指標(biāo)，與計(jì)算機(jī)及通訊等技術(shù)共同構(gòu)成類似于食物網(wǎng)的現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)。電子信息種類不斷增加及信息傳遞效率不斷加快，更要求生物傳感技術(shù)應(yīng)該滿足信息化發(fā)展需求。

1 生物傳感器的基本組成及基本檢測原理

生物傳感器的組成包括識別刺激的探測器、將該刺激轉(zhuǎn)換成輸出信號的換能器及輸出系統(tǒng)，在這3個(gè)部分的相互協(xié)調(diào)作用下，生物傳感器得以運(yùn)行。生物傳感器有多種分類方式，不同類型的傳感器其優(yōu)勢也是不盡相同。按照生物敏感材料不同，傳感器分為微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、酶傳感器、DNA傳感器。

微生物傳感器主要是利用微生物呼吸代謝的原理——呼吸代謝產(chǎn)生的特殊微離子在陽極放電，進(jìn)而形成可以被檢測出來的一種特殊信號，從而達(dá)到檢測的最終目的。對于這種傳感器來說，其優(yōu)勢在于具有高度靈敏性，對各種污染物的檢測具有快速、簡便、經(jīng)濟(jì)、靈敏等特點(diǎn)；免疫傳感器，把傳統(tǒng)的免疫檢測技術(shù)與新型傳感技術(shù)結(jié)合于一體，分析時(shí)間縮短、靈敏度提高，憑借鑒別物質(zhì)特異性高的這一優(yōu)點(diǎn)備受好評；組織傳感器，是一種由動(dòng)植物組織薄層切片組成的感受器，擁有取材快捷、耐用等特點(diǎn)；酶傳感器的原理是通過化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致物質(zhì)的量的變化，通過電化學(xué)裝置轉(zhuǎn)換成生物型電信號，最終做出對某方面的測定；DNA傳感器是一種將DNA作為特殊敏感元件的傳感技術(shù)，把DNA和RNA、DNA與和DNA之間作用的某種生物信號轉(zhuǎn)換為電、光等常見的某種物理信號，在基因診斷上應(yīng)用廣泛。

2 生物傳感器分類

生物傳感器有多種分類方式。以工作原理為標(biāo)準(zhǔn)，可分為物理型、化學(xué)型及微生物型；以應(yīng)用范圍和應(yīng)用對象為標(biāo)準(zhǔn)，可分為光學(xué)傳感器、測量傳感器等；以生物敏感物質(zhì)相互作用的類型為標(biāo)準(zhǔn)，可分為代謝型以及親和型；以分子原件識別為標(biāo)準(zhǔn)，可分為酶傳感器、免疫傳感器、微生物傳感器、細(xì)胞傳感器、DNA傳感器、組織傳感器等。這幾種分類方式中，按照分子識別原件分類的這類分類方式在科研過程中應(yīng)用相對較廣，在這種分類方式中，每種傳感器在不同領(lǐng)域獲得不同應(yīng)用，并且又息息相關(guān)。

2.1 免疫傳感器

免疫傳感器的出現(xiàn)讓通過抗原抗體的免疫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)檢測這種傳統(tǒng)的免疫分析手段發(fā)生巨大改變。將二者的諸多優(yōu)點(diǎn)匯集，不但縮短分析所用時(shí)長，提升敏感度及測試精度，而且加速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，營造可觀的應(yīng)用前景。Bresalier等[1]研發(fā)植物檢測面板，它是一種植物生長檢測裝置，特征包括顯示面板、檢測模塊、控制模塊、電源模塊，是一種新型的免疫傳感器，為早期癌癥檢測、疾病監(jiān)測和患者治療提供一種新的個(gè)性化方法。Ren等[2]通過雙峰駝免疫、淋巴細(xì)胞分離、RNA提取、文庫構(gòu)建等方法，成功分離出具有高親和力的載體蛋白E特異性N-溴代丁二酰亞胺。在此，研發(fā)一種新型免疫傳感器——比色免疫傳感器，通過逐層納米組裝技術(shù)和新型納米體來檢測載脂蛋白E。采用高定向N-溴代丁二酰亞胺作為捕獲檢測抗體，建立現(xiàn)場免疫傳感器，載體蛋白E的檢出限為0.42 pg/mL，臨床分析效果良好。這種操作簡便的免疫傳感器在阿爾茨海默病的臨床診斷和實(shí)時(shí)監(jiān)測中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。Belkhamssa等[3]研究快速一次性、無標(biāo)簽的免疫傳感器，以測定阿特拉津。經(jīng)過一系列試驗(yàn)研究表明，免疫傳感器可作為檢測阿特拉津等低濃度農(nóng)藥的有效工具。還可用于海水、河水等環(huán)境水樣中莠去津的測定。

免疫生物傳感器可明顯提升檢測效果的靈敏度；簡化試驗(yàn)的分析過程；減少試驗(yàn)的分析時(shí)間；實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化以及測量過程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。但也存在一定不足，如制作過程相對復(fù)雜；針對免疫傳感器技術(shù)的研究探索雖說較多，但幾乎都只是停留在文獻(xiàn)報(bào)道上，真正的臨床實(shí)際應(yīng)用寥寥無幾。免疫傳感器是生物傳感器中最為炙手可熱、應(yīng)用最廣泛的一種，有望成為更加靈敏、操作更加簡便的理想分析工具。

2.2 微生物傳感器

微生物傳感器是一種以活的微生物為敏感材料，利用微生物體內(nèi)的酶系和代謝系統(tǒng)對相應(yīng)底物進(jìn)行識別和測定的新型傳感技術(shù)。Li等[4]研究一種基于電極上單層固定化微生物的生化需氧量傳感器。該傳感器是一種以電極為載體的微生物固定化單層結(jié)構(gòu)，取代以往的氧選擇性膜和微生物膜2層結(jié)構(gòu)，將微生物表面的氨基官能團(tuán)與羧基修飾電極結(jié)合，沒有額外的固定支架，傳質(zhì)電阻降低，有利于快速電流響應(yīng)，培養(yǎng)12 h后可獲得具有較高生物降解能力的枯草桿菌細(xì)胞。He等[5]研發(fā)可實(shí)時(shí)測定生物需氧量的微生物傳感器。用循環(huán)伏安法和電化學(xué)體系的阻抗譜對固定化過程進(jìn)行研究，優(yōu)化枯草栽培時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間和線性范圍。硫化氫是一種具有刺激作用和細(xì)胞窒息作用的化學(xué)物質(zhì)，對人體傷害極其大。攝入不同濃度的硫化氫會(huì)對人體造成不同程度的傷害，會(huì)使人發(fā)生昏迷，甚至死亡，因此，硫化物的檢測迫在眉睫。分光光度法和碘量法是硫化物的2種主要測定方法，這2種方法都具有一定不足之處，微生物傳感器檢測是一種可以更好測定硫化物的新方法。Lira等[6]經(jīng)過一系列開發(fā)與研究，研發(fā)一種新型硫化物微生物傳感器，靈敏度極高，并且因其具體操作流程簡單、購買價(jià)格相對較低，所以在測定硫化物這一問題上得到非常廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的以生物陽極為傳感元件的微生物燃料電池（MFC）傳感器對毒性監(jiān)測的敏感性有限，僅適用于厭氧和有機(jī)富水體，對有機(jī)物毒性的聯(lián)合沖擊增加潛在的故障預(yù)警。Lian等[7]的研究首次采用氧化還原反應(yīng)生物電極作為MFC傳感器的傳感元件進(jìn)行毒性監(jiān)測。結(jié)果表明，采用氧化還原反應(yīng)生物電極傳感元件的MFC傳感器的靈敏度遠(yuǎn)高于采用生物陽極傳感元件的MFC傳感器，對毒性監(jiān)測的范圍有著很大拓展。

研究表明，微生物傳感器具有穩(wěn)定性高、使用壽命較長等優(yōu)點(diǎn)，并能夠克服其他類型生物傳感器提取困難和價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。微生物傳感器也仍然存在一定局限性，因?yàn)榧?xì)菌細(xì)胞內(nèi)含有多種類型的酶，使得某些微生物傳感器的靈敏度和選擇性受到一定程度限制；由于底物的擴(kuò)散需要通過細(xì)胞壁，因此微生物傳感器工作時(shí)響應(yīng)時(shí)間相對較長。但是，微生物傳感器擁有一定發(fā)展?jié)摿?，隨著微電子技術(shù)、生物技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，其有望得到更進(jìn)一步的飛躍，并逐漸趨向智能化、微型化、集成化。

2.3 細(xì)胞傳感器

細(xì)胞生物傳感器是一種利用固定化活細(xì)胞所具有的獨(dú)特生物活性，將其用作傳感元件，結(jié)合傳感器或傳感器對細(xì)胞內(nèi)外進(jìn)行檢測的儀器。為實(shí)現(xiàn)基于哺乳動(dòng)物嗅覺系統(tǒng)原理的電子鼻仿生設(shè)計(jì)，Xu等[8]開發(fā)一種基于嗅覺細(xì)胞的生物傳感器，作為一種可以仿生嗅覺檢測技術(shù)。在半導(dǎo)體芯片上實(shí)現(xiàn)嗅感受器神經(jīng)元和嗅球細(xì)胞的有效培養(yǎng)。以光尋址電位傳感器（LAPS）為傳感芯片，對神經(jīng)元細(xì)胞外電位進(jìn)行監(jiān)測，測試氣味劑或神經(jīng)遞質(zhì)（如乙酸、谷氨酸）對神經(jīng)元細(xì)胞外電位的刺激反應(yīng)。結(jié)果表明，這種對氣味變化敏感的LAPS與嗅覺神經(jīng)元的混合系統(tǒng)具有很大的潛力，有望作為一種新型的生物電子鼻神經(jīng)芯片進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣味檢測。Han等[9]研發(fā)一種仿生壓電式人工毛細(xì)胞傳感器，采用粉末注射成型工藝，制成聲矢量水聽器。針對多性核中性白細(xì)胞—壓電換能器陶瓷粉末，開發(fā)并優(yōu)化了粉末注射成型的全過程。Clément等[10]研發(fā)一種壞死細(xì)胞傳感器（Clec4e），通過假設(shè)壞死激活Clec4e信號與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生有關(guān)，使用體內(nèi)低密度脂蛋白受體缺陷小鼠，研究Clec4e激活對巨噬細(xì)胞功能和動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Clec4e在人和小鼠動(dòng)脈粥樣硬化病變中表達(dá)，并被壞死病變提取物激活，顯著限制動(dòng)脈粥樣硬化，確定Clec4e在動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的主要生物學(xué)通路的協(xié)調(diào)中的非冗余作用，并提示它可能在其他慢性炎癥疾病中發(fā)揮類似的作用。Lee等[11]開發(fā)乳腺癌干細(xì)胞傳感器，通過判定腫瘤是否呈現(xiàn)固定電荷或移動(dòng)電荷，研究循環(huán)癌癥干細(xì)胞，進(jìn)而預(yù)先識別癌癥的存在。

細(xì)胞傳感器具有敏感性高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在生理研究領(lǐng)域和藥物篩選領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用，但仍存在一些限制性因素從而限制細(xì)胞傳感器更好發(fā)展和應(yīng)用，如再生性細(xì)胞的選擇等。因此，細(xì)胞傳感器有待進(jìn)一步研究。除此之外，細(xì)胞傳感器可實(shí)現(xiàn)功能性分析，有助于更加深入地探求細(xì)胞的各種生理活動(dòng)狀態(tài)。近年來，細(xì)胞傳感器逐步變成環(huán)境科學(xué)和生物科學(xué)領(lǐng)域一種不可或缺的檢測手段。

2.4 DNA傳感器

DNA傳感器是基于電化學(xué)監(jiān)測離子電流的變化，通過脂膜與固定化DNA探針造成的相互作用，來進(jìn)行生物學(xué)研究的一種生物傳感器。Siontorou等[12]在銀電極上制備由卵磷脂膽堿組成的自組裝金屬支撐雙層脂膜（s-BLM），這些與DNA結(jié)合的s-BLMs與肼相互作用，s-BLMs顯示一種分析有用的工具——?dú)怏w濃度檢測肼化合物的水平。這種BLM/DNA生物傳感器提供一種高度敏感、快速、便攜的設(shè)備來監(jiān)測這些環(huán)境和毒理學(xué)上重要的化合物。Hu等[13]證明黑素瘤缺乏離子（Aim2）小鼠對葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎高度敏感，這種結(jié)腸炎與微生物失調(diào)有關(guān)，以共生大腸桿菌的高結(jié)腸負(fù)擔(dān)為代表，用Aim2小鼠菌群定植無菌小鼠可導(dǎo)致更高的結(jié)腸炎易感性。炎性小體缺陷小鼠體內(nèi)菌群的變化與腸上皮細(xì)胞中幾種抗菌肽的表達(dá)減少有關(guān)。研究表明Aim2的DNA感應(yīng)是維持腸道穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機(jī)制。H?rtlova等[14]通過對患者樣本和共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變基因（ATM）小鼠的分析，發(fā)現(xiàn)未修復(fù)的DNA損傷可誘導(dǎo)I型干擾素，從而增強(qiáng)ATM小鼠的抗病毒和抗菌反應(yīng)。研究為ATM患者的炎癥表型提供一個(gè)潛在的解釋，并將受損的DNA作為細(xì)胞內(nèi)在危險(xiǎn)信號，使先天免疫系統(tǒng)對微生物和環(huán)境威脅做出快速和放大的反應(yīng)。

DNA傳感器專一性強(qiáng)，不被濁度、顏色所干擾；分析速度相對較快；準(zhǔn)確度相對較高；操作相對較簡單；成本相對較低，可多次連續(xù)使用。然而，在DNA傳感器的類型選擇上存在一定限制，因此在選擇時(shí)應(yīng)該對其進(jìn)行一系列熒光處理。伴隨著分子生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，除了外傷之外，遺傳性疾病、傳染性疾病等病癥的發(fā)生常與基因有關(guān)，所以應(yīng)用在基因檢測方面的DNA傳感器就顯現(xiàn)出重要作用。

2.5 酶傳感器

酶生物傳感器克服其他生物傳感器只能對目標(biāo)物的定性或者定量分析的漏缺，可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物定性和定量的分析。Sahub等[15]設(shè)計(jì)一種石墨烯量子點(diǎn)生物酶傳感器。制備石墨烯量子點(diǎn)，將乙酰膽堿酯酶和膽堿氧化酶修飾于石墨烯量子點(diǎn)表面，向該量子點(diǎn)溶液中添加乙酰膽堿，其在酶的催化作用下得到過氧化氫，過氧化氫會(huì)使量子點(diǎn)發(fā)生熒光猝滅，大幅降低量子點(diǎn)的熒光信號。向體系中加入有機(jī)磷農(nóng)藥，農(nóng)藥會(huì)與酶發(fā)生作用，使酶失去活性，解除對量子點(diǎn)的猝滅作用，使熒光信號增強(qiáng)，該方法可對敵敵畏進(jìn)行定量分析。魚中組胺（一種生物胺）的濃度被認(rèn)為是魚類腐敗的指標(biāo)，攝入大量組胺會(huì)導(dǎo)致魚中毒。因此，開發(fā)一種快速反應(yīng)和便于現(xiàn)場分析的便攜式工具是非常有趣的，以絲網(wǎng)印刷碳電極和二胺氧化酶為基礎(chǔ)，Torre等[16]研制一種簡單的測定組胺的酶傳感器。該酶通過戊二醛和牛血清白蛋白的簡單交聯(lián)固定在電極表面，采用計(jì)時(shí)安培法進(jìn)行檢測，具有良好重現(xiàn)性，可重復(fù)使用多達(dá)7次。通過對魚提取液進(jìn)行組胺的深度分析，測試傳感器的可行性，回收率為103%。Mano等[17]通過對電路的簡單改造，研制一種用于連續(xù)監(jiān)測D-葡萄糖的印刷擴(kuò)展柵型有機(jī)晶體管酶傳感器，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)晶體管源極漏電流對不同濃度D-葡萄糖的連續(xù)監(jiān)測。

酶傳感器的組成零件是固定化的生物敏感膜及與之密切相結(jié)合的換能系統(tǒng)，是一種把電化學(xué)傳感器與固化酶連接成一體的新型檢測技術(shù)，不但有不溶性酶體系的優(yōu)點(diǎn)，而且也有電化學(xué)電極的高靈敏度；因?yàn)槊妇哂袑俚姆磻?yīng)性，使酶生物傳感器具有較高的選擇性，可在復(fù)雜試樣中進(jìn)行準(zhǔn)確定性和定量分析。

3 生物傳感器的應(yīng)用

3.1 在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用

環(huán)境惡化一直以來都是備受關(guān)注的話題，隨著人口不斷增多，城市污染問題愈發(fā)嚴(yán)重，其中水污染問題較為突出。生物傳感器，對水環(huán)境的檢測與防治領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國每年產(chǎn)生的城市生活污水超越工業(yè)廢水排放量，達(dá)227億 t。針對這一國際性問題，全世界都在著手解決之策。Viel等[18]設(shè)計(jì)一種高靈敏度的磷酸鹽離子酶電極，采用核苷磷酸化酶和黃嘌呤氧化酶共固定化雙酶膜，用鉑安培電極檢測酶促過氧化氫，得到一定檢出限，在0.1～10 mg/kg范圍內(nèi)可方便地進(jìn)行磷酸鹽測定，對水污染起到控制作用。Wang等[19]研制量熱式酶生物傳感器，通過對酶反應(yīng)過程的熱量變化進(jìn)行測量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分析的一類生物傳感器。在環(huán)境現(xiàn)場能夠迅速檢測并且被廣泛應(yīng)用于實(shí)際試樣，從根本上提高檢測水平。Bidmanova等[20]研發(fā)熒光生物傳感器，熒光傳感器是新型紫外光線傳感器，其可以檢測發(fā)射紫外光線的物質(zhì)，它通過對其熒光性質(zhì)的研究，對pH 4～10、溫度5～60 ℃水樣中鹵化污染物進(jìn)行檢測。Li等[21]研制并組裝一種用于檢測環(huán)境中累積氡劑量的新型生物傳感器，以實(shí)現(xiàn)對氡的快速監(jiān)測。結(jié)果表明，該檢測方法靈敏、準(zhǔn)確、操作方便、線性范圍寬、選擇性強(qiáng)。在氡的采樣和測定過程中，其可有效避免輻射對人體健康的危害。

3.2 在食品工業(yè)中的應(yīng)用

食品是充當(dāng)著人體營養(yǎng)成分的首要來源，是日常生活當(dāng)中必不可少的重要角色。食品安全問題是全社會(huì)所認(rèn)同和關(guān)心的問題，對食品的安全監(jiān)測成為有效確保生活質(zhì)量不斷提高的重要前提。生物傳感器技術(shù)在食品污染物檢測、食品營養(yǎng)成分的測定以及食品添加劑的檢測等食品工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。亞硫酸鹽作為食品添加劑的一種，一般在食品工業(yè)中作為防腐劑及漂白劑，Smith等[22]把亞硫酸鹽氧化酶用作敏感材料，制作電流型二氧化硫酶電極，可在一定限度內(nèi)測定食品中添加劑亞硫酸鹽。Jing等[23]在螺旋金纖維上合成具有螺旋結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米線葡萄糖傳感器。在食品工業(yè)中，葡萄糖傳感器不但可以測食品和其原料中所含糖量，而且為了衡量水果成熟度及水果貯藏壽命，將葡萄糖的含量作為重要標(biāo)準(zhǔn)。Badalyan等[24]開發(fā)并實(shí)現(xiàn)一種基于石墨烯改性聚丙烯酰胺凝膠涂覆絲網(wǎng)印刷碳電極的新型傳感器平臺，用于食品接觸面大腸菌的采樣、檢測和計(jì)數(shù)。通過對聚丙烯酰胺和瓊脂的優(yōu)化配方，提高凝膠的黏附性能，對大腸菌群的回收起著重要作用。隨著魚類和魚類食品消費(fèi)量增加，對魚類新鮮度的無損檢測也變得更加突出。魚產(chǎn)品非常容易腐爛和易于微生物生長，不總是容易檢測到感官評價(jià)。通過氣敏法分析魚類標(biāo)本的頂空是一種監(jiān)測魚類新鮮度的有趣方法。Semeano等[25]研究一種應(yīng)用于光學(xué)電子鼻的氣敏凝膠材料對羅非魚腐敗行為進(jìn)行監(jiān)測的氣體傳感方法。隨著時(shí)間推移，對傳感器的光學(xué)信號和細(xì)菌生長的程度進(jìn)行跟蹤，結(jié)果表明，這2種測定之間具有良好相關(guān)性，表明這種簡單、低成本的系統(tǒng)在羅非魚新鮮度監(jiān)測中具有潛在應(yīng)用價(jià)值。相對于傳統(tǒng)微生物檢測技術(shù)存在的諸多不足，尤其是檢測程序的方式有著速度較慢、成本較高、效率較低等缺點(diǎn)，使得食品行業(yè)一直渴求能快速、可靠、簡便的檢測系統(tǒng)，而生物傳感器的檢測技術(shù)可勝任這一角色。

3.3 在臨床醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

臨床上常用的檢測技術(shù)平臺有多種，但是生物傳感器檢測技術(shù)作為最前沿的臨床檢測技術(shù)，在臨床檢查、臨床檢測和臨床治療等方面得到廣泛應(yīng)用，尤其是生物酶型傳感器和電化學(xué)型生物傳感器應(yīng)用較多。Johnson等[26]發(fā)現(xiàn)馬身上伯氏孔菌感染的確認(rèn)需要酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）或參考實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的蛋白質(zhì)印跡法試驗(yàn)。一種臨床用的ELISA試劑盒已經(jīng)上市，它使用試驗(yàn)感染的小馬血清對馬進(jìn)行評估。傳統(tǒng)的苯丙酮尿癥的檢測方法存在著檢驗(yàn)周期相對較長、準(zhǔn)確度相對不高等問題，憑借酶的專一高效催化特性，Wang等[27]研發(fā)出一種用來檢驗(yàn)苯丙酮尿癥的新型酶傳感器，使用時(shí)長可達(dá)30 d，在4 ℃儲存10 d后，至少能保持5 d的穩(wěn)定，活性下降不超過20%。同時(shí)開發(fā)一個(gè)智能系統(tǒng)，以確保最佳的操作條件和生物傳感器的保存，使檢測更加方便和可靠。多種電化學(xué)生物傳感器被用于監(jiān)測人體內(nèi)血糖水平和呼吸水平上。Barone等[28]開發(fā)出一種基于碳納米管的生物傳感器用于體內(nèi)長期檢測葡萄糖。將葡萄糖氧化酶通過1-芘丁酸肼連接分子附著在單壁碳納米管側(cè)壁上，葡萄糖氧化酶包裹的碳納米管作為pH感受器，催化反應(yīng)將葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸內(nèi)酯，葡萄糖氧化酶的負(fù)電荷增加，從而使pH升高，結(jié)果導(dǎo)致碳納米管的電導(dǎo)率改變進(jìn)而通過計(jì)算達(dá)到對體內(nèi)葡萄糖的相應(yīng)檢測。Johnson等[29]研發(fā)出一套DNA包裹的單壁碳納米管生物傳感器用于呼吸試驗(yàn)。呼吸和體味的檢測可以提供與疾病檢測、診斷、治療相關(guān)的很多有價(jià)值的信息，該納米生物傳感器可以提供人體呼吸診斷數(shù)據(jù)，進(jìn)而在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。乙肝疾病全稱叫乙型病毒性肝炎，是一種病毒性傳染病，在中國是常見病、多發(fā)病，對人體傷害非常大，因此，對于乙肝病毒的檢測極為重要。Alizadehzeinabad等[30]設(shè)計(jì)開發(fā)一種基于金互指電容的高靈敏、緊湊、便攜的乙肝表面抗原快速檢測的免疫傳感器。提高抗體固定化的效率，并且節(jié)省時(shí)間，具有較強(qiáng)敏感性。在最佳條件下，免疫傳感器的靈敏度為0.22 nF，從而達(dá)到快速靈敏檢測的目的，有助于抑制乙肝傳播感染。

3.4 在軍事方面和農(nóng)藥檢測方面的應(yīng)用

電化學(xué)生物傳感器擁有選擇性好、容易小型化等優(yōu)點(diǎn)。生化武器屬于生物戰(zhàn)劑，包括故意懸浮在空氣、食物或水中的細(xì)菌、病毒和毒素，以傳播恐怖主義，并導(dǎo)致人類、動(dòng)植物患病或死亡。對任何政府，包括軍事、衛(wèi)生和其他政府機(jī)構(gòu)來說，迅速和明確地發(fā)現(xiàn)和確定生物戰(zhàn)劑是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。需要從采樣地點(diǎn)（空氣、水、土壤或其他地方）對微生物進(jìn)行可靠、具體的分析和鑒定，因此，高效識別生化武器對社會(huì)和平穩(wěn)定發(fā)展起著重要作用。Shah等[31]研發(fā)用于生化武器檢測的電化學(xué)生物傳感器，通過高效靈敏的監(jiān)測手段，讓人類免受生化武器的迫害。隨著國民經(jīng)濟(jì)水平提升，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)中大量使用有毒和殘留農(nóng)藥，促使開展新的高效、經(jīng)濟(jì)和快速的分析工具研發(fā)，以控制環(huán)境和食品中的農(nóng)藥殘留水平?；诿敢种频纳飩鞲衅鞅惶岢鲎鳛檫m當(dāng)?shù)姆治鲈O(shè)備，并具有利用農(nóng)藥毒性進(jìn)行檢測的額外優(yōu)勢，比標(biāo)準(zhǔn)色譜方法更具生物學(xué)相關(guān)性。Arduini等[32]通過固定化乙酰膽堿酯酶及乙酰膽堿氧化酶與納米金的結(jié)合，利用金屬納米顆粒可以作為電子導(dǎo)線這一特性，實(shí)現(xiàn)大幅加快電子轉(zhuǎn)移速率的效果，不僅加快農(nóng)藥中有機(jī)磷測定速率，提高有機(jī)磷含量測定的靈敏度，而且納米金能夠保留固定化酶生物活性，降低生產(chǎn)成本，因此更加便捷，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 檢測性生物傳感器發(fā)展的前景展望

隨著信息時(shí)代到來，獲取準(zhǔn)確可信的信息對促進(jìn)國民生活水平起著舉足輕重作用，在獲取信息方面?zhèn)鞲衅骷夹g(shù)成為重要方式之一。生物傳感器實(shí)現(xiàn)高效、方便的固化目的，改良傳統(tǒng)的檢測手段，促進(jìn)信息科學(xué)、生物科學(xué)和材料科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展。研究尋找有效方法，研發(fā)具有優(yōu)越性能的生物傳感器，并向微型化發(fā)展及智能化程度更高的新領(lǐng)域邁進(jìn)。生物傳感器能夠適應(yīng)于時(shí)代發(fā)展，作為擁有挖掘潛力的科研技術(shù)，生物傳感器因其專一性強(qiáng)、分析速度快且分析準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，在科研技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮作用。生物傳感器技術(shù)作為一種快速、可靠、簡便的檢測系統(tǒng)，在食品檢測領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，并有待更進(jìn)一步的研究與開發(fā)。