⑴ 电化学生物传感器在医学领域的应用现状
第一、基础医学
电化学生物传感器利用了生物反应的特异性,同时具有电化学分析方法的高灵敏度,因此可以实现对生物大分子之间相互作用的实时检测。对于抗原、抗体之间结合与解离的动态平衡可以直观地观察到,并且较为准确地测定抗体的亲和力及识别抗原表位。
左手一个免疫球蛋白(IgG)抗体右手一个钽电极,可以应用于基础医学研究的电化学生物传感器诞生啦!Gebbert等用硅烷化的方法将免疫球蛋白(IgG)抗体固定在钽电极上,形成的电化学生物传感器能够在流通体系中检测IgG。其意义在于对灌注反应器中培养杂化细胞过程中产生的单克隆抗体进行实时监测。无需使用任何标记试剂,操作简便,且能监测动咐罩和态变化,可以预见,在未来的基础医学研究中,电化学生物传感器会有更加广泛的应用。
1、无创血糖检测技术
糖尿病作为终身性基因遗传类疾病,如今的医学研究水平尚不能奈何,被它附上身后临床表现为血液和尿液中葡萄糖含量的异常增多,后期则会引起血管病变而导致的肾衰竭、心肌梗塞等并发症。只能通过调控病人体内的葡萄糖代谢来达到稳定体内血糖浓度的目的,所以对频繁测定糖尿病患者的血糖浓度是对一个重要的疾控手段。
现在国内外临床上大多使用创伤性方法测定血糖浓度,例如手指刺血或者静脉取血,然后进行检测。这些方法不仅痛苦,而且易感染,难以做到动态闷答连续监测。一种基于反离子电渗透原理的电化学生物传感器能够实现无创检测血糖。该方法采用银/氯化银环形电极透皮抽取皮下低浓度葡萄糖,之后用电流型三电极电化学生物传感器进行。酶与电极之间进行电子传递的媒介体采用含锇离子的氧化还原聚合物,降低工作电位的同时提高了灵敏度。电化学生物传感器的敏感膜是葡萄糖氧化衡盯酶,与戊二醛交联固定在聚环氧乙烷水凝胶中。反离子电渗透原理如下图所示。在皮肤表面施加一个小小的恒电流(<5mA是不会痛哒),形成一个从表层经皮下组织构成带电离子流后再回到表层的恒电流通道。反离子电渗透技术正是利用这个离子流将皮下组织液中的葡萄糖携带到皮肤的表面。
2、反离子电渗透原理
通过MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) 技术中的溅射工艺可以制备电化学生物传感器基础电极。首先在带有保护膜的聚碳酸酯板上刻出所需要的电极图形,然后揭去保护膜,留下掩膜,再利用溅射工艺将NiCr/Au合金溅射到聚碳酸酯板上,最后去掉掩膜即可得到所需要的金电极阵列。然后采用丝网印刷工艺在参比电极和对电极上丝印银/氯化银浆,在120℃干燥箱内干燥5分钟后,即可得到传感器的基础金电极。
⑵ 基因生物传感器的优点和不足主要有哪些方面
优点
⑴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。
⑵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。
⑶分析速度快,可以在一分钟得到结果。
⑷准确度高,一般相对误差可以达到1%
⑸操作比较简单,容易实现自动分析
⑹成本低,可连续使用
不足
前期实验性高
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⑶ 生物传感器的发展前景
概述
随着生物科学、信息科学和材料科学发展成果的推动,生物传感器技术飞速发展。但是,目前,生物传感器的广泛应用仍面临着一些困难,今后一段时间里,生物传感器的研究工作将主要围绕选择活性强、选择性高的生物传感元件;提高信号检测器的使用寿命;提高信号转换器的使用寿命;生物响应的稳定性和生物传感器的微型化、便携式等问题。可以预见,未来的生物传感器将具有以下特点。
功能多样化
未来的生物传感器将进一步涉及医疗保健、疾病诊断、食品检测、环境监测、发酵工业的各个领域。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、嗅觉、味觉、听觉和触觉等感觉器官的生物传感器,这就是仿生传感器,也称为以生物系统为模型的生物传感器。
微型化
随着微加工技术和纳米技术的进步,生物传感器将不断的微型化,各种便携式生物传感器的出现使人们在家中进行疾病诊断,在市场上直接检测食品成为可能。
智能化集成化
未来的生物传感器必定与计算机紧密结合,自动采集数据、处理数据,更科学、更准确地提供结果,实现采样、进样、结果一条龙,形成检测的自动化系统。同时,芯片技术将愈加进入传感器,实现检测系统的集成化、一体化。
低成本高灵敏度高稳定性高寿命
生物传感器技术的不断进步,必然要求不断降低产品成本,提高灵敏度、稳定性和寿命。这些特性的改善也会加速生物传感器市场化,商品化的进程。在不久的将来,生物传感器会给人们的生活带来巨大的变化,它具有广阔的应用前景,必将在市场上大放异彩。
生物传感器实用性
是生物体成分(酶、抗原、抗体、激素、DNA) 或生物体本身(细胞、细胞器、组织),它们能特异地识别各种被测物质并与之反应;后者主要有电化学电极、离子敏场效应晶体管( ISFET ) 、热敏电阻器、光电管、光纤、压电晶体(PZ) 等,其功能为将敏感元件感知的生物化学信号转变为可测量的电信号。
生物传感器按所用分子识别元件的不同,可分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等;按信号转换元件的不同,可分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器、测声型生物传感器等;按对输出电信号的不同测量方式,又可分为电位型生物传感器、电流型生物传感器和伏安型生物传感器。微生物传感器是生物传感器的一个重要分支。1975 年Divies 制成了第一支微生物传感器,由此开辟了生物传感器发展的又一新领域。
在不损坏微生物机能情况下,可将微生物固定在载体上制作出微生物传感器。微生物传感器与酶传感器相比,它有以下特点:
⑴ 微生物的菌株比分离提纯酶的价格低得多,因而制成的传感器便于推广普及;
⑵ 微生物细胞内的酶在适当环境下活性不易降低,因此微生物传感器的寿命更长;
⑶ 即使微生物体内的酶的催化活性已经丧失,也可以因细胞的增殖使之再生;
⑷ 对于需要辅助因子的复杂的连续反应,用微生物则更易于完成
⑷ 生物传感技术有哪些特点
一猛扮配、虹膜识别技术
虹膜是一种在眼睛中瞳孔内的织物状各色环状物,每一个虹膜都包含一个独一无二的基于像冠、水晶体、细丝、斑点、结构、凹点、射线、皱纹和条纹等特征的结构,据称,没有任何两个虹膜是一样的。 虹膜技术的优点: 1、便于用户使用;
2、可能会是最可*的生物识别技枝指术; 3、无需物理的接触; 虹膜技术的缺点: 1、虹膜技术的缺点:
2、一个最为重要的缺点是它没有进行过任何的测试,当前的虹膜识别系统只缺段是用统计学原理进行小规模的试验,而没有进行过现实世界的唯一性认证的试验; 3、很难将图像获取设备的尺寸小型化;
4、需要昂贵的摄像头聚焦,一个这样的摄像头的最低价为7000美元; 5、镜头可能产生图像畸变而使可*性降低; 6、黑眼睛极难读取; 7、需要较好光源。 二、视网膜识别技术
视网膜也是一种用于生物识别的特征,有人甚至认为视网膜是比虹膜更唯一的生物特征,视网膜识别技术要求激光照射眼球的背面以获得视网膜特征的唯一性。