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生物传感器在医学领域中的应用

发布时间: [2017-2-4-13:13:12]    浏览量:1591次
  医学检验需要建立各种快速检验方法,传统检验方法以实验室方法为主,包括一系列繁琐的操作过程,而且周期长,远远不能适应临床的需要,生物传感器的出现导致了分析生物学技术的一场革命,分析生物学从“半定量”向精确定量和自动化操作过程的转换。
  生物传感器是基于生物反应进行检测的一类特殊的化学传感器,它是以生物活性单元(如酶、抗体、核酸、微生物、细胞、组织等)作为生物敏感基元,对被测样品具有高度选择性的检测器,它通过各种化学、物理信号转换器捕捉目标与敏感基元三向的反应,然后将反应的程度用离散或连续的电信号表达出来,从而得出被检测品的浓度。由于生物传感器为临床检验提供了一条快速、操作简便的新型手段,已引起检验医学界的关注。 
  生物传感器是由生物、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,是一种将生物感应元件的专一性与一个能够产生和待测物浓度成比例的信号传导器结合起来的分析装置[1],主要用于生物医学信息的检测。 
  1962年英国学者Clark和Lyons最先提出,可以将酶反应的高度特异性和电极响应的高度灵敏结合起来,由此提出酶电极概念[2]。
  1967年,updike和Hicks成功的研制出第一个以铂电极为基本的葡萄糖氧化酶传感器[3]。
  70年代,相继出现了电流型和电位型微生物电极、组织电极、线粒体电极。
  80年代,利用生物反应的光效应、热效应、场效应和质量变化而开发的生物传感器蓬勃发展,开始了生物电子学传感器的新时代。
  我国的生物传感器就始于这一时期:1988年梁逸曾将其全面系统地介绍给了国内化学界[4]。
  90年代,虽然我国生物传感器的某些研究项目处于国际领先地位,但目前国内尚无真正商品化的传感器面市,总体研究水平与国际上还有一段差距。
  到目前为止,生物传感器大致经历了3个发展阶段:
  第一代生物传感器是由固定了生物成分的非活性基质膜和电化学电极组成;
  第二代生物传感器是将生物成分直接吸附或共价结合到换能器表面,而无需非活性的基质膜,测定时不必向样品中加入其它试剂;第三代生物传感器是把生物活性成分直接固定在电子元件上,它们可以直接感知和放大界面物质变化,从而把生物识别和信号转换处理结合在一起。 
  1  生物传感器的工作原理及结构生物传感器的检测原理:
  待测物质进入生物活性材料(如酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等),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、声、光等信号[5]。
  再经二次仪表放大并输出,便可知道待测物浓度。
  传感器的结构一般由两部分组成,其一是生物分子识别元件(感受器),是指将一种或数咱相关生物活性材料固定在其表面(也称生物敏感膜);其二是能把生物活性表达的信号转换为电、声、光等信号的物理或化学换能器,二者结合在一起,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。 
  2  生物传感器的分类及特点2.1  生物传感器的类型  生物传感器的类型和命名方法比较多而且不一,主要有两种分法即按分子识别元件分类和按换能器类型分类,
  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(选择特异性强),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,容易实现自动化分析。
  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,能得到许多复杂的物理化学传感器综合作用才能获得的信息。同时它们还指明了增加产物产率的方向。 
  3  在医学领域中的应用分子生物传感器可以广泛应用于对体检中的微量蛋白、小分子有机物、核酸等多种物质的检测。在现代医学检验中这些项目是临床诊断及病情分析的重要依据,能够在体内的实时监控生物传感器对于手术中和重症监护的病人很有帮助。 
  3.1  酶传感器的应用 酶传感器是由固定化酶作为敏感元件的生物传感器。应用酶传感器可以省去提纯酶的复杂步骤。