什么是生物传感器？有哪些？工作原理是？

在现代化工业生产中，传感器能帮助人们更为准确的获取并利用信息，是现代化生产、现代化项目不可或缺的重要组成要素。本文将着重介绍传感器中的生物传感器，梳理其分类、工作原理及应用领域等，以供参考。

1.什么是生物传感器

生物传感器(Biosensor)是一种可以分析不同类型物质，如细菌、真菌、污染物、食品药品添加剂等的一种设备。其本质是一种传感设备，其中，传感器是由识别原件和传感器组成。生物传感器具有特定种类的受体，经过设计的受体能够特定的与相应物质进行选择性的互补识别。生物识别元素，即存在于测试电极界面的酶、蛋白质或微生物与分析物分子结合，导致氧化还原反应，可由传感器识别。

生物传感器是在化学传感器的基础上发展起来的，主要由两大部分组成：一为生物分子识别元件(敏感元件)，由其对靶标物质进行特定识别;二是信号转换元件(换能器)，其主要是将分子识别过程中引起的各种化学或物理变化转换成光、电、热等可检测的信号。

2.生物传感器分类

生物传感器主要可以从生物受体和传感器类型两个方面分类。基于生物受体的生物传感器可分为酶、蛋白质、抗体、细菌和基于DNA的生物传感器。生物传感器可大体分为电化学传感器、光学传感器和光电化学传感器三种类型。

(1)电化学传感器

利用识别元件易操作、经济、灵敏、便携、结构简单等特点，近年来，识别元件与电子元件的集成发展已经是电化学传感器和生物传感器的研究热点。各种电化学器件，如安培传感器、电化学阻抗传感器、电化学发光传感器和光电电化学传感器，在电极界面电化学变化的化学和生物目标检测方面提供了广泛的应用。

电化学生物传感器将分析物接收器和电化学传感器组合在一起，其中目标分析物和传感器之间的相互作用产生电流、电位、电阻或阻抗格式的电化学信号。电化学生物传感器有多种不同的信号机制，如循环伏安法(CV)、微分脉冲伏安法(DPV)、溶出伏安法、交流伏安法(ACV)、极谱法、方波伏安法(SWV)和线性扫描伏安法(LSV)。

(2)光学传感器

早期的光学生物传感器大多采用抗体或凝集素作为生物识别分子。利用互补寡核苷酸和体外抗体创造来识别基因的分子生物学工具提供了新的或改进的识别分子从头创造的方法。新的识别范式不断发展，多路识别系统提供的功能也逐渐显现出来。DNA、抗体、多糖和多肽的高密度阵列已经通过光学读出系统验证，可以同时检测大量的靶标。低密度阵列已被应用于廉价的光学生物传感器分析中，用于检测有限数量的生物标志物，在同一测试中进行阳性和阴性对照的能力非常有价值。

纳米技术提供了新的工具，将生物认知分子与信号产生机制整合在一起，改变光功率的几何分布，并控制非比表面积的相互作用。由于分子间的相互作用、分子的传输距离以及光能场都接近于相似的维度。

3.生物传感器工作原理

生物传感器的工作原理可概括为三个步骤，即分子识别、信号转换以及信号输出。

4.生物传感器应用领域

生物传感器在诸如食品、化工、制药、生物医学、临床检验、环境监测等国民经济部门均表现出了广阔的应用前景。

(1)在食品安全领域，生物传感器主要用于食品成分、鲜度、添加剂及有害毒物等的测定分析。

(2)在生物医学领域，生物传感器已经应用于DNA鉴定、药物分析、肿瘤检测，也可用于研究抗癌药物的作用机理等，这对于临床疾病的预防、诊断和治疗都有十分重要的意义。

(3)在环境监测领域，生物传感器多用于空气和水质中的有害细菌、重金属、杀虫剂等污染物的检测。这类生物传感器在组分明确的缓冲溶液中和在复杂背景下都表现出可靠的选择性和极高的灵敏度。

以上梳理了生物传感器的定义、分类、工作原理等，希望对你有所帮助，如果你想了解更多相关内容，敬请关注三个皮匠报告的行业知识栏目。

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