生物传感器的研究重点、原理、种类及其应用
一、生物传感器研究起源
20世纪的60年代, Updike和 Hicks把葡萄糖氧化酶 (GOD)固定化膜和氧电极组装在一起,首先制成了第一种生物传感器,即葡萄糖酶电极。到 80年代生物传感器研究领域已基本形成。其标志性事件是: 1985年《生物传感器》 国际刊物在英国创刊; 1987年生物传感器经典著作在牛津出版社出版;1990年,首届世界生物传感器学术大会在新加坡召开,并且确定以后。生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域,它与生物信息学、 生物芯片、 生物控制论、 仿生学、 生物计算机等学科一起,处在生命科学和信息科学的交叉区域。它们的共同特征是:探索和揭示出生命系统中信息的产生、 存储、 传输、 加工、 转换和控制等基本规律,探讨应用于人类经济活动的基本方法。生物传感器技术的研究重点是:广泛地应用各种生物活性材料与传感器结合,研究和开发具有识别功能的换能器,并成为制造新型的分析仪器和分析方法的原创技术,研究和开发它们的应用。生物传感器中应用的生物活性材料对象范围包括生物大分子、 细胞、细胞器、 组织、 器官等,以及人工合成的分子印迹聚合物 (molecularly im2p rinied polymer,MIP)。由于研究DNA分子或蛋白质分子的识别技术已形成生物芯片 (DNA芯片、 蛋白质芯片)独立学科领域。
二、 生物传感器的原理
待测物质经扩散作用进入生物活性材料,经分子识别,发生生物学反应,产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号,再经二次仪表放大并输出,便可知道待测物浓度
三、 生物传感器的种类
(1)按照其感受器中所采用的生命物质分类,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)按照传感器器件检测的原理分类,可分为:热敏生物传感器、 场效应管生物传感器、 压电生物传感器、 光学生物传感器、 声波道生物传感器、酶电极生物传感器、 介体生物传感器等。
(3)按照生物敏感物质相互作用的类型分类,可分为亲和型和代谢型两种。
四、 生物传感器的特点
(1)采用固定化生物活性物质作催化剂,价值昂贵的试剂可以重复多次使用,克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。
(2)专一性强,只对特定的底物起反应,而且不受颜色、 浊度的影响。
(3)分析速度快,可以在一分钟得到结果。
(4)准确度高,一般相对误差可以达到 1%
(5)操作系统比较简单,容易实现自动分析
(6)成本低,在连续使用时,每例测定仅需要几分钱人民币。
(7)有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生。
五、 现今生物传感器介绍
(1) SPR生物传感器。药物分析用生物传感器其典型代表产品是 SPR生物传感器,这是一种表面膜共振分析,是实时测定生物分子结合的技术,在九十年代初由发玛西亚公司引入,以抗原抗体结合分析为例,将抗原 (或抗体)通过表面化学方法固定在芯片的金箔表面,然后让抗体 (或抗原 )流过抗原抗体的结合将改变膜表面液体性状,从而影响金箔共振性质,这改变可被实时检测并记录下来 (这被称之结合相)。如改让缓冲液流过,结合的抗体 (或抗原)将解离并被带走,这同样改变膜表面液体性状,检测并记录下来的金箔共振性质改变就是解离相。它主要用于部份新药研发中药物作用的分子活性基团的识别。
