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Introduction

  • 定义: 生物传感器（biosensor）是利用生物要素与物理化学检测要素组合在一起对被分析物进行检测的装置。

  • 组成部分: 生物传感器包括三个部分：敏感的生物元件、换能器和检测元件。

  • 应用领域: 生物传感器在临床检测、遗传分析、环境检测、生物反恐和国家安全防御等领域具有重要应用。

  • 例子1: 血糖生物传感器，通过酶分解血糖并测量其浓度。

  • 例子2: 电化学基因芯片，将DNA探针固定在碳纳米管阵列上，通过电化学方法检测基因。

  • 例子3: 纳米孔生物传感器，利用毒素膜通道蛋白检测单个分子。

  • 例子4: 核酸适配体传感器，检测细菌、病毒、蛋白质等。

  • 例子5: 电子鼻设备，利用检测器对物质的不同反应鉴别特定物质。

定义与组成 [1]

  • 定义: 生物传感器是利用生物要素与物理化学检测要素组合在一起对被分析物进行检测的装置。

  • 敏感元件: 包括生物体、组织、细胞、细胞器、细胞膜、酶、抗体、核酸等。

  • 换能器: 连接敏感元件和检测元件，将生物信号转换为可测量的物理信号。

  • 检测元件: 使用光学、压电、电化学、温度或电磁等物理化学方式工作。

  • 生物工程: 敏感的生物元件可以通过生物工程来创造。

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工作原理 [1]

  • 光学生物传感器: 基于表面等离子体共振现象，利用金膜吸收激光产生电子波。

  • 压电传感器: 利用压电晶体的特性，通过电压引起的弹性变形检测物质。

  • 电化学生物传感器: 基于酶催化生成离子的反应，使用三个电极进行检测。

  • 温度和磁性传感器: 较少见，基于温度或磁性的变化进行检测。

  • 信号转换: 将生物识别过程转换成光、电、力、声等信号。

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应用领域 [2]

  • 临床检测: 用于癌症早期诊断、传染病防治等。

  • 遗传分析: 用于基因检测和个性化治疗。

  • 环境检测: 检测水质、空气质量和污染物。

  • 生物反恐: 检测生物武器如炭疽杆菌。

  • 食品安全: 检测食物中的农药残留和重金属含量。

  • 法医鉴定: 用于遗传分析和罪犯锁定。

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常见例子 [2]

  • 血糖生物传感器: 用酶分解血糖并测量其浓度。

  • 电化学基因芯片: 将DNA探针固定在碳纳米管阵列上，通过电化学方法检测基因。

  • 纳米孔生物传感器: 利用毒素膜通道蛋白检测单个分子。

  • 核酸适配体传感器: 检测细菌、病毒、蛋白质等。

  • 电子鼻设备: 利用检测器对物质的不同反应鉴别特定物质。

  • FLIM-FRET传感器: 用于检测钙调蛋白结合Ca2+离子。

  • 热敏生物传感器: 基于温度变化进行检测。

  • 光学生物传感器: 基于光学特性进行检测。

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未来发展 [2]

  • 纳米生物传感器: 结合纳米科技与生物传感器，应用光声电色等检测技术。

  • 电化学检测: 灵敏、快速、廉价，适合手持式检测装置。

  • 核酸适配体: 通过SELEX技术筛选，检测范围广泛。

  • 生物传感机器: 多维度和材质的无机纳米结构与生物分子组装，提升检测性能。

  • 个性化治疗: 通过基因检测实现个性化医疗。

  • 环境监测: 提高对污染物和有害物质的检测能力。

  • 食品安全: 更加精确地检测食品中的有害物质。

  • 反恐防御: 提高对生物武器的快速响应能力。

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