大年夜上世纪60年代Clark和Lyon提出身物传感器的假想开端，生物传感器的成长已经距今已有40 多年的汗青了。作为一门在生命科学和信息科学之间成长起来的一门交叉学科，生物传感器在发酵工艺、情况监测、食物工程、临床医学、军事及军事医学等方面获得了深度看重和广泛应用。跟着社话进一步信息化，生物传感器必将获得越来越广泛的应用。



一、生物传感器的定义与其成长汗青回想

生物传感器定义为"应用固定化的生物分子(immobilized biomolecules)结合换能器，用来侦测生体内或生体外的情况化学物质或与之起特异性交互感化后产生响应的一种装配"。生物传感器由两个重要关键部份所构成，一为来自于生物体分子、组织部份或个别细胞的分子辨认组件，此一组件为生物传感器旌旗灯号接收或产生部份。另一为属于硬件仪器组件部份，重要为物理旌旗灯号转换组件。是以，若何已生化办法分别、纯化甚或设计合成特定的生物活性分子(biological active materials)，结合精确并且响应快速的物理换能器(transducers)组合成生物传感器反竽暌功体系，实为研究生物传感器的重要目标。

生物传感器可以如上述的那样，按照其感触感染器中所采取的生命物质而称为组织传感器、细胞传感器、酶传感器等等，也可根据所监测的物理量、化学量或生物量而定名为热传感器、光传感器、胰岛素传感器等，还可根据其用处统称为免疫传感器。药物传感器等等。生物传感器中的旌旗灯号转换器，与传统的转换器并没有本质的差别。例如，可以应用电化学电极、场效应管、热每器件、压电器件、光电器件等器件作为生物传感器中的旌旗灯号转换器。按照旌旗灯号转换器的不合，也可将生物传感器进行分类，如压电晶体生物传感器、场效应管生物传感器等。

生物传感器的成长，自1962年Clark和Lyon两人提出酵素电极的不雅念今后，YSI公司于七零年代即积极投入商品化开辟与临盆，启开了第一代生物传感器于1979年投入医检市场，最早的商品为血糖测试用酵素电极。YSI公司的上市成功与八零年代电子信息业的蓬勃成长有很密切的关系，并且一举带动了生物传感器的研发烧潮。Medisense公司持续以研发第一代酵素电极为主，于1988年因为成功的开辟出调节(mediator)分子来加快响应时光与加强测试灵敏度而申明大年夜噪，并以笔型(Pen 2)及信用卡型(companion 2)之便携式小型生物传感器产品，于1988年上市后急速袭卷70%以上的第一代产品市场，成为生物传感器业的盟主。第二代的生物传感器定义为应用抗体或受体蛋白当分子辨认组件，换能器的选用则朝向更为多样化，诸如场效半导体(FET)，光纤(FOS)，压晶体管(PZ)，外面声波器(SAW)等。固然第二代的生物传感器，自八零年代中期即开端引起广泛的研发兴趣，但一般认为尚未达医检应用阶段，预定相干技巧须待世纪末前方能成熟。今朝可称的上第二代的生物传感器产品为1991年上市的瑞典商Pharmacia所推出的BIAcore与BIAlite两项产品。

Pharmacia公司于1985年成功地开辟出外面薄膜共振技巧(SPR, Surface Plasma Resonance)，应用此一光学特点开辟出可以沃森WSEN于10-6g/ml到10-11g/ml之低浓度下，进行生物分子间交互感化的及时侦测式生物感测仪器。第三代的生物传感器定位在更具携带式，主动化，与及时测定功能。

二、生物传感器的分类

生物传感器微生物电子产品(bioelectronic product)。为了可以或许获得最佳的旌旗灯号传递，固定化的生物组件平日与旌旗灯号转换组件慎密地接合在一路。根本上，由旌旗灯号产生方法(mode of signal generation)的不合，可以将生物传感器区分成两种重要类型：

1.生物亲和性传感器(Bioaffinity sensors)

当固定生物组件与待测定之分析物产生亲和性结合(bioaffinity binding)时，造成生物分子外形改变与/或引起诸如荷电、厚度、质量、热量或光学等物理量的变更。此种经由分子辨认─结合类型的生物传感器有免疫传感器、化学受体传感器等，其分析可为荷尔蒙、蛋白质、醣类、抗原或抗体，而相对应的受体可为荷尔遭受体、染剂、外源凝集素(lectins)、抗体或抗原等。
1.发酵工业


词攀类传感器之旌旗灯号侦测并不在于分子辨认─浇忧⒛阶段，并且当固定划分子与待测物反竽暌功后，产生生化代谢物质，再经特定电极侦测特定代谢物后以登着蠖号表示出来。最为人所熟悉的为属第一代生物传感器的酵素电极。今朝有关词攀类生物传感器的两个重要研究成长偏向为(1)应用酵素共轭物(enzyme conjugates)、环系酵素群(cycling enzymes)和系列酵素来组合生物传感器，(2)应用微生物细胞或动、植物组织切片或可渗入渗出性细胞(permealized cells)等来算作分子辨认组件。

作为生物，最根本特点之一就是可以或许对外界的各类刺激作出反竽暌功。其所以可以或许如斯，起首是因为生物能感触感染外界的各类刺激旌旗灯号，并将这些旌旗灯号转换成体内信息处理体系所能吸结束处理的旌旗灯号。例如，人能经由过程眼、耳、鼻、舌、身等感到器官将外界的光、声温度及其它各类化学和物理旌旗灯号转换成人体内神经体系等信息处理体系可以或许接收和处理的旌旗灯号。现代和将来的信息社会中，信息处理体系要对天然和社会的各类变更作出反竽暌功，起首须要经由过程传感器将外界的各类信息接下来并转换成信息体系中的信息处理单位（即计算机）可以或许接收和处理的旌旗灯号。
三、生物传感器在当前的重要应用范畴
生物传感器在医学范畴也发挥着越来越大年夜的感化：临床上用免疫传感器等生物传感器来检测体液中的各类化学成分，为大夫的┞凤断供给根据；在军事医学中，对生物毒素的及时快速检测是防御生物兵器的有效办法。生物传感器已应用于监测多种细菌、病毒及其毒素。生物传感器还可以用来测量乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各类氨基酸，以及复荡蚵癌和致变物质。


因为发酵过程中常存在对酶的干扰物质，并且发酵液往往不是清澈透明的，不实用于光谱等办法测定。而应用微生物传感器则极有可能清除干扰，并且不受发酵液混浊程度的限制。同时，因为发酵工业是大年夜范围的临盆，微生物传感器其成本低设备简单的特点使其具有极大年夜的优势。所以具佣旧本低、设备简单、不受发酵液混浊程度的限制、能清除发酵过程中干扰问导誓干扰的微生物传感器发酵工业中获得了广泛的应用。

2.食物工业

生物传感器可以用来检测食物中养分成分和有害成分的含量、食物的新鲜程度等。如已经开辟出来的酶电极型生物传感器可用来分析白酒、苹不雅汁、不雅酱和蜂蜜中的葡萄糖含量，大年夜而衡量水不雅的成熟度。采取亚硫酸盐氧化酶为敏感材料制成的电流型二氧化硫酶电极可用于测定食物中的亚硫酸含量。此外，也有效生物传感器测定色素和乳化剂的应用。

3.医学范畴


4.情况监测

2.生物催化型感应器(Biocatalytic biosensors)
环保问题已经引起了全球性的广泛存眷，用于情况监测的专业仪器市场也越来越大年夜，今朝已经有相当数量的生物传感器投入到大年夜气和水中各类污染物质含量的监估中去，在蓬勃国度如英国、法国、德国、西班牙和瑞典，在水质检测过程都采取了生物寒光型的生物传感器。生物传感器因其具有快速，持续在线监测的长处，信赖在将来，还会有更广泛的应用。

四、将来的┞饭望

生物传感器是一个多学科交叉的高技巧范畴，伴跟着生物科学、信息科学和材料科学等相干学科的高速成长，生物传感器的成长将会有以下新特点：

1.功能加倍周全，并向微型化成长

将来的生物传感器将进一步涉及医疗保健、食物检测、情况监测、发酵工业的各个范畴。当前生物传感器研究中的重要内容之一就是研究能代替生物视觉、听觉和触觉等感到器官的生物传感器,即仿生传感器。并且跟着微加工技巧和纳米技巧的进步，生物传感器将赓续地微型化，各类便携式生物传感器的出现使人们面前。

2.智能化程度更高

将来的生物传感器将会和计算机完美慎密的结合，可以或许主动采集数据、处理数据，可以更科学、更精确地供给结不雅，实现采样、进样、最终形成检测的主动化体系。同时, 芯片技巧将越来越多地进入传感器范畴,实现检测体系的集成化、一体化。
然则，要使生物传感器尽快被市场接收，还要具备以下前提：

（1）足够的敏感性和精确性。
（2）操作简单。
（3）价格便宜，轻易进行批量临盆。
（4）临盆过程中进行质量监测。
（5）应用寿命长。

信赖跟着一些关键技巧（如固定化技巧）的进一步完美，跟着人们对生物体熟悉的赓续深刻，跟着各学科的赓续成长，生物传感器必将在将来必将会更大年夜的作为。(end)