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生物传感器定义和响应机理

2014-03-24 sensor 1121

生物传感器的定义是一种对一定的生化物质具有某种响应的传感器,由生物分子识别元件与各类物理、化学换能器组成,用于各种生命物质和化学物质的分析和检测。或者说生物传感器(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。生物传感器融生物学、化学、物理学、信息科学及相关技术于一体,已经发展成为一个十分活跃的研究领域。

生物传感器响应机理

生物传感器是一类特殊形式的传感器,目前虽无法达到生物感官那样的精密和敏感,但要求和构成十分相似,无论生物传感器的外形、结构、检测对象是怎样,都必须要有一个类似味蕾或嗅细胞膜的感受器-敏感膜,它能象膜受体一样有选择性的“捕捉”自己感兴趣的目标物质,当生物传感器的敏感膜与被测物接触时,敏感膜上的某种功能性或生化活性物质就会从众多的化合物中挑选出自己喜欢的分子与其产生作用,所以说生物传感器具有选择性识别的能力。

生物传感器敏感膜上的功能性物质或生化活性物质可以是半导体材料、显色剂、高分子材料、氧化剂或还原剂,可以是酶、辅酶、抗原或抗体,也可以是细菌或生物组织,甚至可以是某种病毒。这些功能性物质与目标生物分子之间的特殊作用可以是吸附、螯合、包接、电子转移,也可以是催化、助催化、免疫,甚至是人们现在还解释不清的机理。

生物传感器除了感受器之外,还要有一个类似于味细胞突触的部分,负责将生化反应变成一种可解读的信号,这部分被称为换能器,也可以象嗅细胞一样,将感受器和换能器揉合一体。生物传感器的感受器“捕捉”到被测物后,感受器的敏感物质与被测物相互作用所产生的生化变化不能直接被解读,换能器的作用就是将这些变化信息转换为电流、电压、电导率、吸光度、荧光、频率、声强和热量等能够记录和进一步处理的信息,将来自感受器的次级信号转换成输出信号。