生物传感器有什么应用

Ⅰ 生物传感器的应用领域

生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术。因其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、在复杂的体系中进行在线连续监测，特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点，使其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。
在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。特别是分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合，正改变着传统医学、环境科学动植物学的面貌。生物传感器的研究开发，已成为世界科技发展的新热点，形成21世纪新兴的高技术产业的重要组成部分，具有重要的战略意义。 生物传感器在食品分析中的应用包括食品成分、食品添加剂、有害毒物及食品鲜度等的测定分析。
⑴食品成分分析在食品工业中，葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和贮藏寿命的一个重要指标。已开发的酶电极型生物传感器可用来分析白酒、苹果汁、果酱和蜂蜜中的葡萄糖。其它糖类，如果糖，啤酒、麦芽汁中的麦芽糖，也有成熟的测定传感器。
Niculescu等人研制出一种安培生物传感器，可用于检测饮料中的乙醇含量。这种生物传感器是将一种配蛋白醇脱氢酶埋在聚乙烯中，酶和聚合物的比例不同可以影响该生物传感器的性能。在目前进行的实验中，该生物传感器对乙醇的测量极限为1nmol/L。
⑵食品添加剂的分析
亚硫酸盐通常用作食品工业的漂白剂和防腐剂，采用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品中的亚硫酸盐含量，测定的线性范围为0～6的负四次方mol/L。又如饮料、布丁、醋等食品中的甜味素，Guibault等采用天冬氨酶结合氨电极测定，线性范围为2×10的负五次方～1×10的负三次方 mol/L。此外，也有用生物传感器测定色素和乳化剂的报道。
⑶农药残留量分析
人们对食品中的农药残留问题越来越重视，各国政府也不断加强对食品中的农药残留的检测工作。
Yamazaki等人发明了一种使用人造酶测定有机磷杀虫剂的电流式生物传感器，利用有机磷杀虫剂水解酶，对硝基酚和二乙基酚的测定极限为10的负七次方mol，在40℃下测定只要4min。Albareda等用戊二醛交联法将乙酞胆碱醋酶固定在铜丝碳糊电极表面，制成一种可检测浓度为10的负十次方mol/L的对氧磷和10的负十一次方mol/L的克百威的生物传感器，可用于直接检测自来水和果汁样品中两种农药的残留。
⑷微生物和毒素的检验
食品中病原性微生物的存在会给消费者的健康带来极大的危害，食品中毒素不仅种类很多而且毒性大，大多有致癌、致畸、致突变作用，因此，加强对食品中的病原性微生物及毒素的检测至关重要。
食用牛肉很容易被大肠杆菌0157.H7.所感染，因此，需要快速灵敏的方法检测和防御大肠杆菌0157.H7一类的细菌。Kramerr等人研究的光纤生物传感器可以在几分钟内检测出食物中的病原体（如大肠杆菌0157.H7.），而传统的方法则需要几天。这种生物传感器从检测出病原体到从样品中重新获得病原体并使它在培养基上独立生长总共只需1天时间，而传统方法需要4天。
还有一种快速灵敏的免疫生物传感器可以用于测量牛奶中双氢除虫菌素的残余物，它是基于细胞质基因组的反应，通过光学系统传输信号。已达到的检测极限为16.2ng/mL。一天可以检测20个牛奶样品。
⑸食品鲜度的检测
食品工业中对食品鲜度尤其是鱼类、肉类的鲜度检测是评价食品质量的一个主要指标。Volpe等人以黄嗦吟氧化酶为生物敏感材料，结合过氧化氢电极，通过测定鱼降解过程中产生的一磷酸肌苷(IMP)、肌苷(HXR)和次黄嘌吟(HX)的浓度，从而评价鱼的鲜度，其线性范围为5x10的负10次方～2x10的负4次方mol/L。 环境污染问题日益严重，人们迫切希望拥有一种能对污染物进行连续、快速、在线监测的仪器，生物传感器满足了人们的要求。已有相当部分的生物传感器应用于环境监测中。
⑴水环境监测
生化需氧量(BOD）是一种广泛采用的表征有机污染程度的综合性指标。在水体监测和污水处理厂的运行控制中，生化需氧量也是最常用、最重要的指标之一。常规的BOD测定需要5d的培养期，而且操作复杂，重复性差，耗时耗力，干扰性大，不适合现场监测。SiyaWakin等人利用一种毛孢子菌(Trichosporoncutaneum）和芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis）制作一种微生物BOD传感器。该BOD生物传感器能同时精确测量葡萄糖和谷氨酸的浓度。测量范围为0.5～40mg/L，灵敏度为5.84nA/mgL。该生物传感器稳定性好，在58次实验中，标准偏差仅为0.0362。所需反应时间为5～lOmin。
硝酸根离子是主要的水污染物之一，如果添加到食品中，对人体的健康极其有害。Zatsll等人提出了一种整体化酶功能场效应管装置检测硝酸根离子的方法。该装置对硝酸根离子的检测极限为7x10的负5次方mol，响应时间不到50s，系统操作时间约为85s。
此外，Han等人发明了一种新型微生物传感器，可用于测定三氯乙烯。该传感器将假单细胞菌JI104固定在聚四氟乙烯薄膜（直径：25 mm，孔径：0.45μm)上。再将薄膜固定在氯离子电极上。带有AgCl/Ag2S薄膜(7024L,DKK,日本)的氯离子电极和Ag/AgCI参比电极连接到离子计(IOL-50,DKK,日本)上,记录电压的变化,与标准曲线对照,测出三氯乙烯的浓度。该传感器线性浓度范围为0.1～ 4 mg/L,适于检测工业废水。在最优化条件下,其响应时间不到10min。
⑵大气环境监测
二氧化硫(S02)是酸雨酸雾形成的主要原因，传统的检测方法很复杂。Martyr等人将亚细胞类脂类（含亚硫酸盐氧化酶的肝微粒体）固定在醋酸纤维膜上，和氧电极制成安培型生物传感器，对S02形成的酸雨酸雾样品溶液进行检测，lOmin可以得到稳定的测试结果。
NOx不仅是造成酸雨酸雾的原因之一，同时也是光化学烟雾的罪魁祸首。Charles等人用多孔渗透膜、固定化硝化细菌和氧电极组成的微生物传感器来测定样品中亚硝酸盐含量，从而推知空气中NOx的浓度。其检测极限为0.01xl0负6次方mo1/L。 在各种生物传感器中，微生物传感器具有成本低、设备简单、不受发酵液混浊程度的限制、可能消除发酵过程中干扰物质的干扰等特点。因此，在发酵工业中广泛地采用微生物传感器作为一种有效的测量工具。
⑴原材料及代谢产物的测定
微生物传感器可用于测量发酵工业中的原材料（如糖蜜、乙酸等）和代谢产物（如头孢霉素、谷氨酸、甲酸、醇类、乳酸等）。测量的装置基本上都是由适合的微生物电极与氧电极组成，原理是利用微生物的同化作用耗氧，通过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量，从而达到测量底物浓度的目的。
2002年，Tkac等人将一种以铁氰化物为媒介的葡萄糖氧化酶细胞生物传感器用于测量发酵工业中的乙醇含量，13s内可以完成测量，测量灵敏度为3.5nA/mM。该微生物传感器的检测极限为0.85nM，测量范围为2～270nM，稳定性能很好。在连续8.5h的检测中，灵敏度没有任何降低。
⑵微生物细胞数目的测定
发酵液中细胞数的测定是重要的。细胞数（菌体浓度）即单位发酵液中的细胞数量。一般情况下，需取一定的发酵液样品，采用显微计数方法测定，这种测定方法耗时较多，不适于连续测定。在发酵控制方面迫切需要直接测定细胞数目的简单而连续的方法。人们发现：在阳极(Pt）表面上，菌体可以直接被氧化并产生电流。这种电化学系统可以应用于细胞数目的测定。测定结果与常规的细胞计数法测定的数值相近。利用这种电化学微生物细胞数传感器可以实现菌体浓度连续、在线的测定。 医学领域的生物传感器发挥着越来越大的作用。生物传感技术不仅为基础医学研究及临床诊断提供了一种快速简便的新型方法，而且因为其专一、灵敏、响应快等特点，在军事医学方面，也具有广的应用前景。
⑴临床医学
在临床医学中，酶电极是最早研制且应用最多的一种传感器，已成功地应用于血糖、乳酸、维生素C、尿酸、尿素、谷氨酸、转氨酶等物质的检测。其原理是：用固定化技术将酶装在生物敏感膜上，检测样品中若含有相应的酶底物，则可反应产生可接受的信息物质，指示电极发生响应可转换成电信号的变化，根据这一变化，就可测定某种物质的有无和多少。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可制成微生物传感器，在临床中应用的微生物传感器有葡萄糖、乙酸、胆固醇等传感器。若选择适宜的含某种酶较多的组织，来代替相应的酶制成的传感器称为生物电极传感器。如用猪肾、兔肝、牛肝、甜菜、南瓜和黄瓜叶制成的传感器，可分别用于检测谷酰胺、鸟嘌呤、过氧化氢、酪氨酸、维生素C和胱氨酸等。
DNA传感器是目前生物传感器中报道最多的一种，用于临床疾病诊断是DNA传感器的最大优势，它可以帮助医生从DNA,RNA、蛋白质及其相互作用层次上了解疾病的发生、发展过程，有助于对疾病的及时诊断和治疗。此外，进行药物检测也是DNA传感器的一大亮点。Brabec等人利用DNA传感器研究了常用铂类抗癌药物的作用机理并测定了血液中该类药物的浓度。
⑵军事医学
军事医学中，对生物毒素的及时快速检测是防御生物武器的有效措施。生物传感器已应用于监测多种细菌、病毒及其毒素，如炭疽芽孢杆菌、鼠疫耶尔森菌、埃博拉出血热病毒、肉毒杆菌类毒素等。
2000年，美军报道已研制出可检测葡萄球菌肠毒素B、蓖麻素、土拉弗氏菌和肉毒杆菌等4种生物战剂的免疫传感器。检测时间为3～lOmin，灵敏度分别为10，5Omg/L,5x10的5次方，和5x10的4次方cfu/ml。Song等人制成了检测霍乱病毒的生物传感器。该生物传感器能在30min内检测出低于1xlO的负5次方mol/L的霍乱毒素，而且有较高的敏感性和选择性，操作简单。该方法能够用于具有多个信号识别位点的蛋白质毒素和病原体的检测。
此外，在法医学中，生物传感器可用作DNA鉴定和亲子认证等。

Ⅱ 生物传感器有什么作用

生物传感器是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器.生物传感器具有接受器与转换器的功能.由于酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗体膜对生物物质的分子结构具有选择性识别功能 ,只对特定反应起催化活化作用,因此生物传感器具有非常高的选择性.缺点是生物固化膜不稳定.
生物传感器涉及的是生物物质,主要用于临床诊断检查、治疗时实施监控、发酵工业、食品工业、环境和机器人等方面.
生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科,是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法,也是物质分子水平的快速、微量分析方法.在未来21世纪知识经济发展中,生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点,在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景.各种生物传感器有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器）,二者组合在一起,用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工,构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统.

Ⅲ 传感器在化学领域的应用

传感器(英文名称:transcer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，在各个领域中具有很大的应用价值，在化学领域的主要应用如下：
1、在化学工业生产过程中的应用
在化学工业生产过程中必须对温度、压力和流量等参数进行检测，从而实现对工作状态的监控，保证产品质量，提高效益。目前传感器与微机、通讯技术等的结合应用，使工业监测自动化更具有准确、效率高等优点
2、在环境监测方面的应用
近年来,温室效应、臭氧空洞等一系列的环境污染问题日益严重,传感器满足了人们对污染物进行连续、快速、在监测的要求。日前，已有相当一部分生物传感器应用于环境监测中。生物传感器在测定环境污染指标BOD (即水质受有机物污染的程度)方面得到应用为保证饮用水质量，有效治理被污染水源等做出了贡献；微生物传感器用于测定空气和水中的NH3含量和浓度，在发酵工业、整治大气污染等方面发挥功效；生物传感器还可探测除草剂含量，应用于植物学研究和整治农药污染。而有机磷农药的大量使用造成了严重的环境污染甚至危及到人类的健康，电化学生物传感器技术在有机磷农药(OPSD 检测[14]领域的研究技术取得了很大的进步, 测定灵敏度愈来愈高。
3、在气体检测方面的应用
电化学传感器用来测定目标分子或物质的电学和电化学性质，从而进行定性和定量的分析和测量。目前成功地研制出一种微型新型S02电化学传感器，稳定性好、灵敏度高、价格低廉、制作简便有很大利用价值; 还有采用分布反馈式半导体激光器作为光源，应用二次谐波检测技术，实现对甲烷气体的浓度检测，检测的灵敏度为很高的一种新型传感器； CO既是容易让人容易中毒的不安全气体又是汽车尾气中的污染物， CO浓度实施监测技术主要依赖MOS和SE传感器技术。

Ⅳ 生物传感器对现代人类生活的影响

简而言之，生物传感器就是一种集现代生物技术与先进的电子技术于一体的高科技产品，是当今全球医学检测和快速分析技术（EMERGING RAPID ASSAY TECHNOLOGIES），英文为biosensor，它是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器，它通过固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)，再与适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号放大装置构成的分析工具或系统，从而使这个工具和系统具有接受器与转换器的功能。从1962年，Clark和Lyons先提出生物传感器的设想距今已有40 年。生物传感器在发酵工艺、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。现在关于孔板流量计生物传感器相关的研究项目陆续获得各个工业和科技大国来自于政府的惊人巨额的研究资助，其地位越来越受到重视。可以想象，这个的热点领域在不远的将来会有极为广阔的应用前景。

全球知名市场调研公司PMR(Persistence Market Research)近日发布了一份令人震惊的新报告，预计在未来6年内，全球孔板流量计生物传感器市场将经历跨越式增长，统计数据表明，该市场2014市值为129亿美元，在进入2020年市场价值将达到225亿美元，复合年增长率高达9.7%。纵览全球，北美是全球生物传感器的大市场，单是2014年市值就达到了57亿美元，到2020年预计将达到95亿美元，预测期内复合年增长率为8.9%。由于生物传感器大的受益人群来自于医疗，因亚太地区医疗保险普及率的不断扩大、人口基数大以及卫生保健系统的不断升级，未来对于孔板流量计生物传感器的需求将是巨大的，这毕将会带动亚太地区成为生物传感器增长快的地区。

根据应用类型划分，生物传感器市场可分为医疗诊断、食品毒性检测、工业过程控制、农业检测以及环境污染控制等等，其中医疗诊断是生物传感器流行也是深入的应用领域，而医疗诊断中即时检测是生物传感器应用多的领域。

根据技术类型来划分，现在的孔板流量计生物传感器市场主要包括电化学、光学、压电、热敏电阻等方面；其中，电化学生物传感器是生物传感器中常用的技术，而光学生物传感器将成为增长快的技术类型。

根据产品的终端用户来划分，生物传感器市场可分为研究实验室、、安全和生物防御、家庭保健诊断、以及即时检测，其中安全和生物防御将成为增长快的终端用户类型。

由于生物传感器的问世可以取代常规的化学分析方法，并且比传统的化学分析方法有更快更方便的优点，随着研究的深入，生产方法的改进，其优势将更为明显，因此，它的出现无疑就是一场技术革命。因此，世界上一些科技发达的国家都把孔板流量计生物传感器的研究作为生物技术产业化的关键技术也就不足为怪了，这此科技大国都投入了相当大的人力、物力进行研制开发，并且不断有新的产品出现。近年来，孔板流量计生物传感器已经在医学诊断、食品营养、环境监测、国防工业及人类卫生保健等诸多领域中得到了广泛的应用。

我们也乐观地预测，在不久的将来将完全可以研制出全有机分子芯片和生物计算机。生物硅片与先进的电子系统的广泛结合，可以创造出更为复杂的仿生系统。 随着各种类型的高性能的生物传感器以及生物硅片的问世，必将对现代的高科技产品产生重大的影响，从而推动人类社会发展进程。

Ⅳ 1、什么是生物医学传感器生物医学传感器的主要用途是什么 2、人体的生理信息主要有哪些（从物理、化学

3、血压指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力，即压强。由于血管分动脉、毛细血管和静脉，所以，也就有动脉血压、毛细血管压和静脉血压。通常所说的血压是指动脉血压。当血管扩张时，血压下降；血管收缩时，血压升高。
气体压力传感器
目前用于电子血压计的最关键部件，分为两种类型，一种是电容性气体压力传感器，另一种是电阻性 气体压力传感器。 1. 静电电容型气体压力传感器 电子血压计所使用的主流传感器，其优越性是线性度优良，易于进行温度补偿。缺点是没有标准品，全球只有少数几家公司能制造此传感器，且拥有此技术的专利，也只有这几家公司才会使用。拥有此技术专利的公司如：金亿帝科技有限公司、日本欧姆龙、日本爱安德等。 2. 电阻型气体压力传感器 今年来台湾制造商及大陆一些制造商使用，其优点是可以使用标准品（IC公司制造），特别有利于方案商推广其方案，而购买方案的制造商无需自己制造传感器。其缺点是不容易进行温度补偿。
10、生物传感器定义：利用生物物质(如酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜、微生物、细胞等)作为识别元件，将生化反应转变成可定量的物理、化学信号，从而能够进行生命物质和化学物质检测和监控的装置 。生物传感器(biosensor)对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件可分为五类：酶传感器（enzymesensor），微生物传感器（microbialsensor），细胞传感器（organallsensor），组织传感器（tis-suesensor）和免疫传感器（immunolsensor）。显而易见，所应用的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。