生物敏感器件,生物敏感器件结构原理是什么?

生物敏感器件,生物敏感器件结构原理是什么?

生物传感器的结构一般是在基础传感器(电化学装置）上再耦合一个生物敏感膜（称为感受器或敏感元件）。生物敏感膜紧贴在探头表面上，再用一种半渗透膜与被测溶液隔开。当待测溶液中的成分透过半透膜有选择地附着于敏感物质时，形成复合体，随之进行生化和电化学反应，产生普通电化学装置能感知的O2、H2、 NH4+、CO2等，并通过电化学装置转换为电信号。

→应用

自从20世纪60年代酶电极问世以来，生物传感器获得了巨大的发展，已成为酶分析法的一个日益重要的组成部分。生物传感器的产生是生物学、医学、电化学、热学、光学及电子技术等多门学科相互交叉渗透的产物，具有选择性高、分析速度快、操作简单、价格低廉等特点，在工农业生产、环保、食品工业、医疗诊断等领域得到了广泛的应用。

生物传感器是利用生物活性物质（即生物元件）做敏感器件，配以适当的换能器（即信号传导器）所构成的分析检测工具。生物传感器由敏感元件（或生物元件）和信号传导器组成。生物元件有：生物体、组织、细胞、细胞器、细胞膜、酶、酶组分、感受器、抗体、核酸、有机分子等。传导器有：电流测量式、电流测定式、电导率测量式、阻抗测定式、光强测量式、热量测量式、声强测量式、机械式、“分子”电子式等。

生物传感器的优点

生物传感器的优点是：费用和成本低，采用固定化酶作催化剂，可重复多次使用；专一性好，只对特定的底物起反应，因此一般不需要进行样品的预处理，干扰少；分析速度快，通常可在l分钟内得到结果；准确性高，一般相对误差小于1％；操作系统简单，容易实现自动化分析。

几种常用生物传感器

酶传感器 酶传感器是发展最早，也是目前最成熟的一类生物传感器。它是在固定化酶的催化作用下，生物分子发生化学变化后，通过换能器记录变化从而间接测定出待测物浓度。

目前国际上已研制成功的酶传感器有20余种，其中最成熟的是葡萄糖传感器。使用时将酶电极浸入到样品溶液中，溶液中的葡萄糖即扩散到酶膜上，在固定于酶膜上的葡萄糖氧化酶作用下生成葡萄糖酸，同时消耗氧气，通过氧电极测定溶液中氧浓度的变化，推测出样品中葡萄糖的浓度。

组织传感器 利用动植物组织中多酶系统的催化作用来检测待测物。由于所利用的是组织中的酶，无需人工提纯过程，因而较稳定，使用时间长。

微生物传感器 将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类，来测定待测物质尤其是发酵过程中的物质浓度。

免疫传感器 利用抗原和抗体之间的高度特异性，将抗原（或抗体）结合在生物敏感膜上，来测定样品中相应抗体（或抗原）的浓度。

场效应晶体管生物传感器 结合了晶体管工艺，所需酶或抗体量很少，被认为是第三代生物传感器。目前实际应用不多，但发展潜力巨大。

近年来，生物传感器的研制和开发已取得了显著的进展，在许多行业都具有潜在应用价值。未来在与分子电子学、生物电子学等前沿学科的结合过程中，必将创造出更灵敏更新颖的生物传感器，并将使生物传感器向着微型化、便携化和实用化发展。其中生物感受系统水平上的传感器仍为主要发展方向。

生物敏感膜又称分子识别元件，是生物传感器的关键元件，它直接决定传感器的功能与质量。依所选材料不同，可以有酶膜、全细胞膜、组织膜、细胞器膜、微生物膜、免疫功能膜和杂合膜等，各种膜的内容物见表。

上述是采用固定化技术制作的人工生物膜而不是天然的生物膜（如细胞膜）。