生物量传感器的传感原理如图5.1所示,其构成包括两部分:生物敏感膜和换能器。被分析物扩散进入固定化生物敏感膜层,经过分子识别,发生生物学反应,如生理生化、新陈代谢、遗传变异等,产生的信息继而被相应的化学换能器或物理换能器转化为可定量和可处理的电信号,在该电信号经过检测信号放大器放大并输出后便可知道待测物浓度。
图5.1 生物量传感器的传感原理
生物敏感膜又称为分子识别元件,是生物量传感器的关键元件,直接决定着传感器的功能与质量,如表5.1所示。依照生物敏感膜所选材料不同,其组成可以是酶、抗体、抗原、核酸、细胞器或它们的不同组合等。需要指出的是,这里所说的膜是采用固定化技术制作的人工膜而不是天然的生物膜(如细胞膜等)。而换能器的作用是将各种生物的信息转变为电信号,这样最后才能可以检测出待测物质或生物量。表5.2是一些生物学反应信息对应的换能器选择。
表5.1 生物量传感器的分子识别元件
表5.2 一些生物学反应信息对应的换能器选择(www.xing528.com)
生物量传感器与传统分析检测手段相比,具有以下主要特点。
(1)由生物材料构成识别元件,具有高度选择性,所以检测时一般不需要进行复杂的样品预处理或添加额外的试剂。
(2)根据生物反应的特异性和多样性,理论上可以制成测定所有生物物质的酶传感器。
(3)灵敏度高,响应快,样品用量少,可以重复多次使用,且传感器连同测试系统的成本远远低于大型仪器,便于推广普及。
生物量传感器的研究近年来发展迅速,主要趋向于微型化、集成化和智能化。但是生物量传感器在制造工艺上有一定的难度,并且由于使用的材料一般为有生命活性的酶等,使用寿命常常受各种因素干扰,从而导致失活、检测准确度下降等问题。
生物量传感器的分类方法有很多种,按照其感受器中所采用的生命物质,它可分为酶传感器、微生物传感器、细胞传感器、免疫传感器、组织传感器。
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