什么是生物傳感器？有哪些？工作原理是？

在現代化工業生產中，傳感器能幫助人們更為準確的獲取并利用信息，是現代化生產、現代化項目不可或缺的重要組成要素。本文將著重介紹傳感器中的生物傳感器，梳理其分類、工作原理及應用領域等，以供參考。

1.什么是生物傳感器

生物傳感器(Biosensor)是一種可以分析不同類型物質，如細菌、真菌、污染物、食品藥品添加劑等的一種設備。其本質是一種傳感設備，其中，傳感器是由識別原件和傳感器組成。生物傳感器具有特定種類的受體，經過設計的受體能夠特定的與相應物質進行選擇性的互補識別。生物識別元素，即存在于測試電極界面的酶、蛋白質或微生物與分析物分子結合，導致氧化還原反應，可由傳感器識別。

生物傳感器是在化學傳感器的基礎上發展起來的，主要由兩大部分組成：一為生物分子識別元件(敏感元件)，由其對靶標物質進行特定識別;二是信號轉換元件(換能器)，其主要是將分子識別過程中引起的各種化學或物理變化轉換成光、電、熱等可檢測的信號。

2.生物傳感器分類

生物傳感器主要可以從生物受體和傳感器類型兩個方面分類?；谏锸荏w的生物傳感器可分為酶、蛋白質、抗體、細菌和基于DNA的生物傳感器。生物傳感器可大體分為電化學傳感器、光學傳感器和光電化學傳感器三種類型。

(1)電化學傳感器

利用識別元件易操作、經濟、靈敏、便攜、結構簡單等特點，近年來，識別元件與電子元件的集成發展已經是電化學傳感器和生物傳感器的研究熱點。各種電化學器件，如安培傳感器、電化學阻抗傳感器、電化學發光傳感器和光電電化學傳感器，在電極界面電化學變化的化學和生物目標檢測方面提供了廣泛的應用。

電化學生物傳感器將分析物接收器和電化學傳感器組合在一起，其中目標分析物和傳感器之間的相互作用產生電流、電位、電阻或阻抗格式的電化學信號。電化學生物傳感器有多種不同的信號機制，如循環伏安法(CV)、微分脈沖伏安法(DPV)、溶出伏安法、交流伏安法(ACV)、極譜法、方波伏安法(SWV)和線性掃描伏安法(LSV)。

(2)光學傳感器

早期的光學生物傳感器大多采用抗體或凝集素作為生物識別分子。利用互補寡核苷酸和體外抗體創造來識別基因的分子生物學工具提供了新的或改進的識別分子從頭創造的方法。新的識別范式不斷發展，多路識別系統提供的功能也逐漸顯現出來。DNA、抗體、多糖和多肽的高密度陣列已經通過光學讀出系統驗證，可以同時檢測大量的靶標。低密度陣列已被應用于廉價的光學生物傳感器分析中，用于檢測有限數量的生物標志物，在同一測試中進行陽性和陰性對照的能力非常有價值。

納米技術提供了新的工具，將生物認知分子與信號產生機制整合在一起，改變光功率的幾何分布，并控制非比表面積的相互作用。由于分子間的相互作用、分子的傳輸距離以及光能場都接近于相似的維度。

3.生物傳感器工作原理

生物傳感器的工作原理可概括為三個步驟，即分子識別、信號轉換以及信號輸出。

4.生物傳感器應用領域

生物傳感器在諸如食品、化工、制藥、生物醫學、臨床檢驗、環境監測等國民經濟部門均表現出了廣闊的應用前景。

(1)在食品安全領域，生物傳感器主要用于食品成分、鮮度、添加劑及有害毒物等的測定分析。

(2)在生物醫學領域，生物傳感器已經應用于DNA鑒定、藥物分析、腫瘤檢測，也可用于研究抗癌藥物的作用機理等，這對于臨床疾病的預防、診斷和治療都有十分重要的意義。

(3)在環境監測領域，生物傳感器多用于空氣和水質中的有害細菌、重金屬、殺蟲劑等污染物的檢測。這類生物傳感器在組分明確的緩沖溶液中和在復雜背景下都表現出可靠的選擇性和極高的靈敏度。

以上梳理了生物傳感器的定義、分類、工作原理等，希望對你有所幫助，如果你想了解更多相關內容，敬請關注三個皮匠報告的行業知識欄目。

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