生物传感器

生物传感器

日本正兴电机集团以青鳉鱼(oryziaslatipes)为观测目标,通过大量的研究实验,成功获得了其中毒早期异常行为的相关数据,并以此为基础,与日本九州大学联合研制成一种可以在早期发现水质异常的新型水质监测设备--生物传感器.该装置首次实现了将生物运动转化为三维数据进行分析,即通过对生物(青鳉鱼)运动的实时检测,有效实现了对水质污染的早期发现,这也是该装置最突出的优势.

　　一、生物传感器的原理

　　待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。

　　二、生物传感器的种类

　　（1）按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、dna传感器等。

　　（2）按照传感器器件检测的原理分类，可分为：热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。

　　（3）按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为亲和型和代谢型两种。

　　三、生物传感器的特点

　　（1）采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。

　　（2）专一性强，只对特定的底物起反应，而且不受颜色、浊度的影响。

　　（3）分析速度快，可以在一分钟得到结果。

　　（4）准确度高，一般相对误差可以达到1％

　　（5）操作系统比较简单，容易实现自动分析

　　（6）成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币。

　　（7）有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生。

　　四、现今生物传感器介绍

　　（1）spr生物传感器。药物分析用生物传感器其典型代表产品是spr生物传感器，这是一种表面膜共振分析，是实时测定生物分子结合的技术,在九十年代初由发玛西亚公司引入，以抗原抗体结合分析为例,将抗原(或抗体)通过表面化学方法固定在芯片的金箔表面,然后让抗体(或抗原)流过抗原抗体的结合将改变膜表面液体性状,从而影响金箔共振性质,这一改变可被实时检测并记录下来(这被称之结合相)。如改让缓冲液流过，结合的抗体(或抗原)将解离并被带走,这同样改变膜表面液体性状,检测并记录下来的金箔共振性质改变就是解离相。它主要用于部份新药研发中药物作用的分子活性基团的识别。

　　（2）固定化酶生物传感分析仪。固定化酶生物传感分析仪是最早出现且精度最高的生物传感器。固定化酶生物传感器最重要服务对象包括：临床、食品分析、发酵工业控制、环境监测、防卫安全检测等领域。例如在发酵工业的氨基酸工业(味精、天冬氨酸、丙氨酸、赖氨酸等)、抗生素工业(葡萄糖等的在线监测和控制系统)、酒类工业(酒精生物传感器1min可得到结果)、酶制剂工业(糖化酶快速分析)、淀粉糖工业(葡萄糖、淀粉、糖化酶的分析)、生物细胞培养(葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺分析)、石化工业中微生物脱硫细胞培养监控、维生素c的生产、发酵甘油的生产等，生物传感器检测技术是生物加工类企业改造的重要途径之一，在线生物传感器分析是建立生产模拟系统和实时检测的新工具。

　　（3）血糖—乳酸生物传感自动分析仪。具有自动识别试管位置功能的样品盘、自动定量吸入样品的取样系统和相应的生物传感敏感膜。组装成整机，能实现微量取样、快速响应、高精度，操作完全自动化的有竞争力的新生物传感器。

　　（4）高精度血糖分析仪。高精度血糖分析仪是采用固定化酶的生物传感分析仪。其分精度可以达到0.5~2%，比家用保健类生物传感器几乎高一个数量级，比目前医用生化分析仪的精度也高2~3个百分点。这在血糖分析领域是非常重要的，它们可以用作血糖分析的标准方法。尤其是在市场销售的手掌型血糖分析仪出现质量事故时，需要另一种有说服力的分析方法证明其分析结果时，固定化酶葡萄糖生物传感分析仪可以作为一种理想的仲裁工具。它们既可作为医用类型的分析仪，还可用作生物技术产业的过程监控、食品分析、和科研工具。多种酶传感器研究开发比较成熟，已形成商品。

　　五、家用医疗保健类生物传感器

　　手掌型血糖分析器：糖尿病人可以自测的手掌型血糖分析器已经达到大规模应用的程度。在上世纪７０年代血糖自我监测仪器就已问市，使血糖的检验由医院延伸到家中。上个世纪８０年代，新一代血糖及操作技术简单化，使得自我监测血糖的准确度提高了。这是研究者最初沿着干化学试剂条测定尿糖浓度的思路，采用酶法葡萄糖分析技术，并结合丝网印刷和微电子技术制作的电极，以及智能化仪器的读出装置，三者完美地组合成微型化的血糖分析仪。

　　[摘要]传感器作为可以感应电量和非电量的电子元器件，已经是普遍应用于各个领域，从家庭应用的声控开关到压电射流速率传感器在远程火箭侦察弹上的应用，已经成为不可缺少的部分。而今，对人类健康有着重大联系的生物传感器又在蓬勃发展。本文就生物传感器的原理、种类及其特点作了介绍。

　　科技日报华盛顿20xx年6月7日电（记者毛黎）美国加州大学洛杉矶分校的研究人员6日表示，他们首次发现了人体细胞生物传感器分子的机理，为复杂的细胞控制系统提出了新的阐述。相关内容将以“本周论文”的形式刊登在6月10日出版的《生物化学杂志》上，该成果有望帮助人们开发出应对高血压病和遗传性癫痫症等疾病的特殊疗法。

　　人体细胞控制系统能够引发一系列的细胞活动，而生物传感器是人体细胞控制系统的重要组成部分。被称为“控制环”的传感器能够在细胞膜上打开特定的通道让钾离子流通过细胞膜，如同地铁入站口能够让人们进入站台的回转栏。钾离子参与了人体内关键活动，如血压、胰岛素分泌和大脑信号等的调整。然而，控制环传感器的生物物理功能过去一直未为人们所了解。

　　研究人员发现，如同能够监视周围环境并能发出声信号的烟雾报警器，细胞能够通过了解变化和产生反应的分子传感器来控制细胞内的环境。当钙离子与控制环结合时，构成了被称为bk通道的细胞内部结构，细胞作出的反应是允许钾离子通过细胞膜。bk通道存在于人体多数细胞中，它们掌控着基本的生物过程，如血压、大脑和神经系统电信号、膀胱肌肉收缩和胰腺胰岛素分泌等。

　　加州大学洛杉矶分校研究人员首次证明控制环如何被激活，以及如何重新调整自己以便打开让钾离子穿过细胞膜的通道。利用实验室中先进的电生理学、生化和光谱仪技术，研究人员观察到钙离子与控制环的结合以及控制环结构的变化。该变化是其将钙离子结合的化学能转化为帮助打开bk通道的机械能。

　　研究负责人、洛杉矶分校麻醉学系分子医学部副教授里卡多·奥尔塞斯表示，在类似于活细胞的条件下，他们能够控制发生在生物传感器中的生物物理变化。他们相信细胞中的变化反应了人体中bk通道运行时分子的活动情况。

　　研究报告作者安诺希·贾沃荷瑞恩认为，人体分子生物传感器是令人兴奋的研究领域，希望研究成果能够让人类更深入地了解复杂的生物传感器是如何运作的。由于bk通道和其传感器与正常生理机能的许多方面相关，因此研究人员还相信，生物传感器工作过程也许与疾病的不少方面也相关，例如，已证明bk传感器的失常与遗传性癫痫病有关。

　　研究人员将进一步了解bk控制环感应器以及通道是否涉及传感小分子（而不是钙离子），这些小分子在人体工作中同样也具有十分重要的生物意义。

　　6.下列表述不属于美国加州大学洛杉矶分校的研究人员的发现的是（）

　　a.生物传感器能够在细胞膜上打开特定的通道让钾离子流通过细胞膜，如同地铁入站口能够让人们进入站台的回转栏。

　　b.当钙离子与控制环结合时，构成了被称为bk通道的`细胞内部结构，细胞会允许钾离子通过细胞膜。

　　c.细胞能够通过了解变化和产生反应的分子传感器来控制细胞内的环境，这就如同能够监视周围环境并能发出声信号的烟雾报警器一样。

　　d.利用实验室中先进的电生理学、生化和光谱仪技术，研究人员观察到钙离子与控制环的结合以及控制环结构的变化。

　　7.下列表述符合原文意思的一项是（）

　　a.研究人员首次发现了人体细胞生物传感器分子的机理，为复杂的细胞控制系统提出了新的阐述，该发现能帮助人们开发出应对高血压病和遗传性癫痫症等疾病的特殊疗法。

　　b.钾离子掌控着基本的生物过程，如血压、大脑和神经系统电信号、膀胱肌肉收缩和胰腺胰岛素分泌等。

　　c.洛杉矶分校麻醉学系在一定条件下，能够控制发生在生物传感器中的生物物理变化。他们相信细胞中的变化反应了人体中bk通道运行时分子的活动情况。

　　d.利用实验室，研究人员观察到控制环结构的变化。该变化是其将钙离子结合的机械能转化为帮助打开bk通道的化学能。

　　8.下列对文章内容的理解和推断符合文意的是（）

　　a.分子传感器能够监视周围环境并能发出声信号，细胞能够通过了解分子传感器的变化和产生的反应来控制细胞内的环境。

　　b.控制环传感器的生物物理功能过去一直未为人们所了解，而现在洛杉矶分校研究者的发现并揭开了它的分子机理。

　　c.己证明bk传感器的失常与遗传性癫痫病有关，因此研究人员还相信，生物传感器工作过程也许与疾病的不少方面也相关。

　　d.人体分子生物传感器是令人兴奋的研究领域，人类更深入地了解复杂的生物传感器如何运作后，将能够治愈许多重大疾病。

　　9.指出本文采用了哪些说明方法。（至少两种，要求列举原文说明）（3分）

　　参考答案：

　　6．a“生物传感器能够在细胞膜上打开特定的通道让钾离子流通过细胞膜，如同地铁入站口能够让人们进入站台的回转栏”见第二段，它不是研究人员的新发现。

　　7．ca项将可然说成必然。“掉了“有望”这个词；b项偷换概念，见第四段，“bk通道存在于人体多数细胞中，它们掌控着基本的生物过程……”d项原文是“该变化是其将钙离子结合的化学能转化为帮助打开bk通道的机械能”。

　　8．选ba项原文是“如同能够监视周围环境并能发出声信号的烟雾报警器，细胞能够通过了解变化和产生反应的分子传感器来控制细胞内的环境。”只是一个比喻。c项强加因果。d项原文是“生物传感器工作过程也许与疾病的不少方面也相关”。选项说得太绝对。

　　9.①打比方，如“被称为“控制环”的传感器能够在细胞膜上打开特定的通道让钾离子流通过细胞膜，如同地铁入站口能够让人们进入站台的回转栏”。②举例子，如“例如，已证明bk传感器的失常与遗传性癫痫病有关。”（两种方法都说对了得3分，只说对一种得1分）