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摘 要：现阶段，生物传感器的敏感元件是生物活性单元， 借助相应的物理转换装置以及化学转换装置可以对所规定的被分析物实施检测与分析，由于其具有相对较高的灵敏度、检测速度以及相对较低的成本，故可以实施连续性的动态化监测。该文首先描述生物传感器工作原理、结构、特点和分类等，然后描述生物传感器在食品工业、环境监测和医学等领域中的应用现状。
关键词：生物传感器 原理 应用
中图分类号：R318 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（a）-0023-02
自1967年世界上第一支酶电极问世以来，生物传感器技术作为融合了生物、化学、物理、医学、电子技术和控制技术等的新技术，在过去40多年里，得到了充分的发展和广泛的应用，目前，生物传感器的选择性高、灵敏度高和可连续测定等，成为医学行业、生物工程、食品工业和环境污染物检测等诸多行业重要的检测和监控设备。
1 生物传感器原理
生物传感器是一种以生物活性物质如酶、蛋白质、微生物、DNA及生物膜等作为敏感元件与适当的物理或化学转换器有机结合而组成的分析检测装置。
其工作原理[1]如下：待测物质经扩散作用进入分子识别元件（生物活性材料） ，经分子识别作用与分子识别元件特异性结合，发生生物化学反应， 产生的生物学信息通过相应的信号转换元件转换为可以定量处理的光信号或电信号，再经电子测量仪的放大、处理和输出，即实现分析检测的目标。
如图1所示，生物物传感器具有接受器与转换器的功能，由分子识别元件、转换器和信号放大装置组成。其中分子识别元件即固定化的生物敏感材料或者生物敏感膜，主要包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸和高分子聚合物等；转换器的作用在于将各种生物的、化学的和物理的信息转换成电信号。微电子学和传感器技术的不断发展为检测生物学反应过程产生的信息提供了丰富的手段，常见的转换器有氧电极、光敏管、场效应管和压电晶体等。
生物传感器存在多种分类方式。（1）是按照生物活性物质实施分类，主要可以划分成酶传感器、微生物传感器、组织传感器、免疫传感器、细胞传感器以及DNA传感器等；（2）是按照具体检测原理进行划分，可以划分成光学生物传感器、压电传感器以及电化学传感器等；（3）是根据相应的生物敏感物质之间的作用类型实施分类，主要可以划分成亲和型与代谢型；（4）是按照所监测到的生物量、物理量以及化学量情况，将其划分成胰岛素传感器、热传感器以及光传感器等。
从生物传感器的具体特点进行分析，具体情况如下。
（1）生物传感器的速度相对较快，且成本较低。比如，固定化酶生物传感分析仪主要是利用固定化酶膜为相应的分析工具，其酶法分析试剂能够进行反复使用，大约可以利用数千次，这种情况下，其分析成本仅仅是手掌型血糖分析仪的大约十分之一。而且具有相对较高的分析速度，一般情况下不到二十秒就会得到相应的分析结果与检测结果。（2）具有较强的专一性，通常情况下，生物传感器仅仅只对一些特定物质起反应，不会受到颜色以及浊度等的影响，也不需要实施样品预处理。（3）稳定性较好，具有较强的分析精度。最后，操作系统相对简单，非常容易实现自动化分析处理。
2 生物传感器的应用
2.1 在食品工业中的应用
主要包括如下几点：
（1） 食品品质检测[3]包括畜禽肉、鱼肉和牛乳新鲜度的评定上，目前，加拿大、日本正在出售检测鱼新鲜度的生物传感器；还有食品滋味及熟度的检测，日本农林水产省研制出一种传感器，可“品尝”肉汤的风味；（2）食品成分快速分析 包括蛋白质和氨基酸的检测，糖含量的检测，有机酸和醇类等物质的检测等；（3）食品安全检查 包括食品中微生物的检测，生物毒素的检测，残留农药的检测，食品添加剂的检测[2]。
2.2 在环境监测中的应用
（1）水质监测，目前，生物传感器已用水中生化需氧量（BOD），酚、三氯乙烯、硝酸盐及其他有机污染物的检测。（2）大气质量监测，生物传感器可监测大气中的CO2，NOx，NH3CH4等[3]。
2.3 在医学的应用
生物传感器在医学领域发挥的作用越来越大。例如，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。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，制成微生物传感器。在军事医学中，生物毒素的及时快速检测是防御生物武器的有效措施。目前，生物传感器已应用于监测多种细菌、毒素与病毒，还可以测量乙酸、乳酸以及尿酸等[4]。
2.4 在其他领域的应用
生物传感器在发酵工业和军事领域等也有广泛的应用。例如，微生物传感器已用于发酵工业中的原材料、代谢产物和微生物细胞数目的测定，在军事上，生物传感器在化学、生物战剂的侦检方面具有独特的优势，已应用于监测多种细菌、病毒等[2]。
3 结语
生物传感器技术已经取得了长足的发展和进步，未来还将遇到各种问题和挑战，但是它的应用前景和自身优势毋庸置疑。可以预见，未来的生物传感器将实现功能多样化、微型化、智能化、集成化等特点，并成为人们生产和生活中不可缺少的重要工具。
参考文献
[1]马莉萍，毛斌，刘斌，等.生物传感器的应用现状与发展趋势[J].传感器与微系统，2009，28（4）：1-4.
[2]陈辉，朱鸿杰.生物传感器研究进展[J].河北农业科学，2010，14（9）：149-151.
[3]蒋雪松，王剑平，应义斌，等.用于食品安全监测的生物传感器的研究进展[J].农业工程学报，2007，23（5）：272-277.
[4]罗宏，刘劲，邓刚.生物传感器在医学中的应用现状与发展前景[J].医疗设备信息，2006，21（11）：40-44.