生物敏感器件,生物敏感器件結(jié)構(gòu)原理是什么?

生物敏感器件,生物敏感器件結(jié)構(gòu)原理是什么?

生物傳感器的結(jié)構(gòu)一般是在基礎(chǔ)傳感器(電化學(xué)裝置）上再耦合一個生物敏感膜（稱為感受器或敏感元件）。生物敏感膜緊貼在探頭表面上，再用一種半滲透膜與被測溶液隔開。當(dāng)待測溶液中的成分透過半透膜有選擇地附著于敏感物質(zhì)時，形成復(fù)合體，隨之進(jìn)行生化和電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生普通電化學(xué)裝置能感知的O2、H2、 NH4+、CO2等，并通過電化學(xué)裝置轉(zhuǎn)換為電信號。

→應(yīng)用

自從20世紀(jì)60年代酶電極問世以來，生物傳感器獲得了巨大的發(fā)展，已成為酶分析法的一個日益重要的組成部分。生物傳感器的產(chǎn)生是生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電化學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)及電子技術(shù)等多門學(xué)科相互交叉滲透的產(chǎn)物，具有選擇性高、分析速度快、操作簡單、價格低廉等特點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保、食品工業(yè)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

生物傳感器是利用生物活性物質(zhì)（即生物元件）做敏感器件，配以適當(dāng)?shù)膿Q能器（即信號傳導(dǎo)器）所構(gòu)成的分析檢測工具。生物傳感器由敏感元件（或生物元件）和信號傳導(dǎo)器組成。生物元件有：生物體、組織、細(xì)胞、細(xì)胞器、細(xì)胞膜、酶、酶組分、感受器、抗體、核酸、有機(jī)分子等。傳導(dǎo)器有：電流測量式、電流測定式、電導(dǎo)率測量式、阻抗測定式、光強(qiáng)測量式、熱量測量式、聲強(qiáng)測量式、機(jī)械式、“分子”電子式等。

生物傳感器的優(yōu)點(diǎn)

生物傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：費(fèi)用和成本低，采用固定化酶作催化劑，可重復(fù)多次使用；專一性好，只對特定的底物起反應(yīng)，因此一般不需要進(jìn)行樣品的預(yù)處理，干擾少；分析速度快，通?？稍趌分鐘內(nèi)得到結(jié)果；準(zhǔn)確性高，一般相對誤差小于1％；操作系統(tǒng)簡單，容易實現(xiàn)自動化分析。

幾種常用生物傳感器

酶傳感器 酶傳感器是發(fā)展最早，也是目前最成熟的一類生物傳感器。它是在固定化酶的催化作用下，生物分子發(fā)生化學(xué)變化后，通過換能器記錄變化從而間接測定出待測物濃度。

目前國際上已研制成功的酶傳感器有20余種，其中最成熟的是葡萄糖傳感器。使用時將酶電極浸入到樣品溶液中，溶液中的葡萄糖即擴(kuò)散到酶膜上，在固定于酶膜上的葡萄糖氧化酶作用下生成葡萄糖酸，同時消耗氧氣，通過氧電極測定溶液中氧濃度的變化，推測出樣品中葡萄糖的濃度。

組織傳感器 利用動植物組織中多酶系統(tǒng)的催化作用來檢測待測物。由于所利用的是組織中的酶，無需人工提純過程，因而較穩(wěn)定，使用時間長。

微生物傳感器 將微生物固定在生物敏感膜上，利用微生物的呼吸作用或所含有的酶類，來測定待測物質(zhì)尤其是發(fā)酵過程中的物質(zhì)濃度。

免疫傳感器 利用抗原和抗體之間的高度特異性，將抗原（或抗體）結(jié)合在生物敏感膜上，來測定樣品中相應(yīng)抗體（或抗原）的濃度。

場效應(yīng)晶體管生物傳感器 結(jié)合了晶體管工藝，所需酶或抗體量很少，被認(rèn)為是第三代生物傳感器。目前實際應(yīng)用不多，但發(fā)展?jié)摿薮蟆?

近年來，生物傳感器的研制和開發(fā)已取得了顯著的進(jìn)展，在許多行業(yè)都具有潛在應(yīng)用價值。未來在與分子電子學(xué)、生物電子學(xué)等前沿學(xué)科的結(jié)合過程中，必將創(chuàng)造出更靈敏更新穎的生物傳感器，并將使生物傳感器向著微型化、便攜化和實用化發(fā)展。其中生物感受系統(tǒng)水平上的傳感器仍為主要發(fā)展方向。

生物敏感膜又稱分子識別元件，是生物傳感器的關(guān)鍵元件，它直接決定傳感器的功能與質(zhì)量。依所選材料不同，可以有酶膜、全細(xì)胞膜、組織膜、細(xì)胞器膜、微生物膜、免疫功能膜和雜合膜等，各種膜的內(nèi)容物見表。

上述是采用固定化技術(shù)制作的人工生物膜而不是天然的生物膜（如細(xì)胞膜）。