生物传感器研究及其应用进展

赵晧凯

摘 要 在近几年的研究中，生物传感器因其实用价值巨大被越来越多的人关注和研究。本文首先对生物传感器进行了分类，并通过生物传感器的实际运用分别从食品、环境监测、医学、信息安全、军事上进行了介绍，最后分析了生物传感器的市场潜力和未来发展趋势。

关键词 生物传感器；应用；进展

中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）15-0191-02

1 生物传感器的分类

1.1 按生物物质分类

按照传感器中分子敏感识别元件和敏感物质，可以把生物传感器分为生物酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、细胞传感器、组织传感器，具体如图1所示。

1.2 按信号转换器分类

按生物传感器信号换能装置对生物传感器进行分类，具体可分为生物电极、半导体生物、光电生物、压电晶体生物换能等传感器。

1.3 按生物识别原件和被监测目标两者间的相互作用进行分类

按照两者间相互作用方式上的区别，将生物传感器分为生物体代谢物质型以及生物物质的亲和型和代谢催化型等传感器。

2 生物传感器的实际运用

2.1 食品工业上的运用

在食品工业上，生物传感器的应用主要体现在确定原料成分，对食品添加剂做定性定量，测定食品新鲜程度，分析食品物理特性，检测有毒和有害物质等方面。鱼在进行降解中会生成黄嘌呤、肌苷、酸肌苷，运用生物传感器能更准确迅速的对鱼新鲜程度进行判断。可以危害人体身体健康的毒素很多，黄曲霉就是重要毒素之一，但是，在对黄曲霉进行检测过程中，若运用传统检测方式不仅会危害检测人员身体健康，而且检测周期也很长。而运用微生物传感器对黄曲霉进行检测却能在一分钟之内完成，检测时间短，就不会造成检测员近距离的长期与该毒素进行接触，极大地提高了安全性。当然运用生物传感器还可以对威胁食品安全的肉毒杆菌毒素B、蓖麻等毒素以及农药和化肥中余留的重金属离子进行检测，不仅检测结果准确，而且速度快，有利于保障食品的安全和人们的健康。

2.2 环境监测上的运用

随着人们生产量的加大和工业的不断发展，环境污染也越发严重，给人们的生活带来了很大的影响。正是在这样的情况下，在环境污染检测上就更需要一种持续且高效率的检测设备，而生物传感器能达到这些要求。酸雨的形成主要是大气中SO2过多造成的，对酸雨的传统检测方法不仅复杂，还易受周围环境的影响。目前已应用生物传感器对酸雨和雾霾等进行准确快速的分析，具体是通过在乙酸纤维膜上固定上一些亚细胞类脂类物质，从而同氧电极制成固定型生物传

感器。

2.3 在医学上的运用

在医学领域，生物传感器有着十分重要的作用。生物传感器技术具备灵敏度高、专一性强、响应速度快、操作简便等特点，因此，它的应用不仅给临床试验和基础医学提供了更稳定快速的诊断方法，并且在生物和军事等医学上应用前景广。生物酶电极传感器即运用各微生物间不同特点来代替酶，在临床诊断中是最早使用的一种传感器，而且在生物医学中能更快捷及时的对生物毒素进行检测，有效防范生化物质的危害。医学领域在各类细菌、毒素、抗体等已应用了生物传感器进行

检测。

2.4 在信息安全中的运用

互联网和信息高速发展，信息安全也成为人们十分关注的话题，传统的系统升级和防火墙等手段已无法阻止病毒和黑客的攻击。在信息安全方面，可运用现代新型生物传感器，比如人脸识别、虹膜识别、指纹识别等技术，这些技术都是通過把生物信号不断转换为电信号进行高速处理的过程，不仅高效，而且安全稳定，在信息安全领域中，已是不可或缺的

技术。

2.5 在军事上的运用

随着生化武器、核武器等的出现，未来战争中高科技武器的破坏和威胁也越来越大，在这些高科技武器中，生物战剂严重威胁着国家安全，所带来的威胁性与核武器有比肩趋势，因此，世界各国国防也会把监测生物战剂的生物传感器作为核心项目之一。压电免疫传感器能够对引发人、动物、植物患病的细菌进行监测，比如沙门氏菌、霍乱弧菌、肉毒杆菌等。纳米、生物、微电子、计算机信息处理等技术的飞速发展和运用，有利于微型生物传感器和超敏感生物传感器的研发和应用，在军事领域，生物传感器因其在生物战剂检测上更加灵敏、快速且操作简捷，应用范围广阔且前景

良好。

3 生物传感器的市场潜力和发展趋势

3.1 传感器由单一成分转为系列成分

食品是一种复杂体系，由很多物质所组成，而我们在对食物进行分析中需对多种成分进行测定。所以，要求生物传感器在分析测定上需具备多种功能。人们正逐步采用三维高速立体喷墨、光刻、激光解吸、自组装等技术来发展生物传感器的多项功能，在面积相对较小的情况下，最大范围地排列更多传感器，比如测定葡萄糖、乙醇等浓度的生物多功能传感器，以及测定乳酸盐、亚硫酸盐等浓度的生物多功能传

感器。

3.2 在基因工程技术上的运用

在基因工程上运用生物传感器能研发出具备更强检测力的生物元件。比如对有机磷进行检测，来源不一样的酶其敏感性差别十分大，运用定点突变能有效提高酶的敏感性。

3.3 生物传感器同其他仪器进行集成

通过相关研究机构的研发，HPLC以及CE能够同灵敏度高且选择性强的生物传感器系统进行联合，从而进行检测。比如，生物传感器与HPLC的集成，能够对5种有机醇，7种氨基酸和维生素等进行组合的混合物质进行检测。

3.4 发展趋势

生物传感器会不断向选择性更高、灵敏度更高的方向发展，此外成本会降低，操作也更为便捷。对食品生物毒素或者农药残留做分析中，需要不断加强生物传感器的灵敏度，提高其稳定性，不断改善生物材料性能和结构，研制更高的生物敏感材料，这也是生物传感器发展的新趋势。

4 结论

生物传感器无论是在食品、环境上，还是在医学、信息安全、军事上都有着非常广阔的发展前景。随着材料科学、计算机和生物、微电子、光电子等技术的不断发展和应用，生物传感器的需求迫切性也越发明显，有效推动了生物传感器的研发和

应用。

参考文献

[1]李培进，张传本.生物传感器及其在军事医学中的应用[J].人民军医，2002（5）：249-251.

[2]翟俊辉，杨瑞馥.生物芯片、生物传感器和生物信息学[J].生物技术通讯，2002，13（3）：209-213.

[3]张泽庆，张清安.浅谈食品安全快速检测[J].食品研究与开发，2005，26（2）：141-143.

[4]吴西梅，刘欣，陈永泉.生物传感器的研制及在食品工业中的应用[J].广州食品工业科技，2001，17（2）：67-70.

[5]许牡丹，张嫱.生物传感器在食品安全检测中的应用[J].食品研究与开发，2004，25（4）：128-130.

[6]李瑛秀，朱连德.化学发光生物传感器的研究进展[J].分析测试学报，2002，21（3）：89-93.endprint