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生物傳感器的工作原理及在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

發(fā)布時間:2015-05-21 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】生物傳感器是化學(xué)傳感器的一種,核心部分是以諸如細(xì)胞、微生物、組織等的生物活性單元為基礎(chǔ)的敏感基元,傳感器捕捉到基元和目標(biāo)之間的反應(yīng)并將其用電信號輸出。由于生物傳感器具有操作簡單、花費時間較少等優(yōu)點,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被廣泛關(guān)注。下文將介紹生物傳感器的工作原理及在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的具體應(yīng)用。
 
在醫(yī)學(xué)中有多種檢驗方法,一般的方法是在實驗室檢驗,但是這種檢驗方法過程繁瑣,花費時間較長,逐漸無法滿足現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)的需求,生物傳感器的出現(xiàn)大大改觀了這種現(xiàn)象。
  
1.原理和結(jié)構(gòu)
  
傳感器中包含抗體、抗原、蛋白質(zhì)、DNA 或者酶等生物活性材料,待測物質(zhì)進(jìn)入傳感器后,分子識別然后發(fā)生生物反應(yīng)并產(chǎn)生信息,信息被化學(xué)換能器或者物理換能器轉(zhuǎn)化為聲、光、電等信號,儀器將信號輸出,我們就能夠得到待測物質(zhì)的濃度。傳感器的主要組成部分是感受器和換能器,再將信號通過自動化儀表技術(shù)和微電子技術(shù)處理,就能構(gòu)成各種儀器或者系統(tǒng)。
  
2.分類和特點
  
按照換能器種類分類,可以分為聲波傳感器、半導(dǎo)體傳感器、熱傳感器、阻抗傳感器等 ;按照分子識別元件種類分類,可以分為免疫傳感器、細(xì)胞傳感器和組織傳感器等。
  
傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗大多是酶分析法,這種方法步驟繁瑣,費用較高,而采用生物傳感器的方法,雖然試劑價格昂貴但是可以多次使用;生物傳感器有很強的轉(zhuǎn)移性,即只對特定的底物發(fā)生反應(yīng),不論其濁度和顏色如何 ;再者分析速度較快,一般一分鐘就能得到結(jié)果 ;誤差能夠控制在 1% 以內(nèi),準(zhǔn)確度可以保證 ;相對于酶分析法操作更加簡便,可以進(jìn)行自動化分析 ;生物傳感器檢驗效率更高。上述都是生物傳感 器的優(yōu)點。
  
3.醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的運用
  
生物傳感器有很多種,下面針對其中幾種傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的運用展開分析。
  
3.1 微生物傳感器
  
微生物傳感器的感受器是含有微生物的膜,工作原理是微生物會消耗待測溶液中的溶解氧,放出熱量或者光,達(dá)到定量檢測待測物質(zhì)的目的。相對于酶傳感器,微生物傳感器使用穩(wěn)定并且成本更低,但是使用范圍不及酶傳感器,數(shù)據(jù)顯示,微生物傳感器能夠檢測的物質(zhì)約為 60 種到 70 種。微生物會受到待測物質(zhì)的毒害影響,這是影響傳感器準(zhǔn)確度和壽命的主要因素,解決了這個問題,微生物傳感器市場化指日可待。
  
3.2 酶傳感器
  
這種傳感器的敏感元件是固定化酶,使用酶傳感器就不需要花費大量精力去提取酶。臨床上測定尿素、葡萄糖、乳酸、天門冬酰胺等生化指標(biāo)可以采用酶傳感器,例如現(xiàn)在的葡萄糖酶傳感器已經(jīng)發(fā)展到了第四代,應(yīng)用范圍廣泛,并且國際上乳酸酶傳感器技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。臨床上要檢驗患者腎功能就要進(jìn)行腎功能診斷,然后針對性的實施人工透析,這種情況下就要使用尿素傳感器。酶傳感器研究時間和發(fā)展時間都較長,市場上的酶傳感器已經(jīng)達(dá)到了超過 200 種。
  
3.3 基因傳感器
  
基因傳感器是近年來才出現(xiàn)的一種傳感器,但是技術(shù)先進(jìn),國內(nèi)外也有很多專家學(xué)者針對基因傳感器進(jìn)行研究,現(xiàn)在已經(jīng)成為研究熱點之一。基因傳感器的基礎(chǔ)是雜交高特異性,一般基因傳感器上有 30 個左右的核苷酸單鏈核酸分子,通過和靶序列雜交測定目標(biāo)核酸分子?,F(xiàn)在研究和使用較多的基因傳感器是 DNA傳感器,主要用于結(jié)核桿菌、艾滋病毒和乙肝炎病毒等的檢測,從而達(dá)到診斷疾病的目的。
 
來源: http://www.diangon.com/xinwen/zx/201505/00024120.html
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