生物传感器检测技术

按检测对象可以分成两大类：物理传感器和化学传感器。物理传感器是检测力、热、光、电、磁等物理量的传感器;化学传感器则是能检测化学量的传感器。

生物传感器检测技术

按检测对象可以分成两大类：物理传感器和化学传感器。物理传感器是检测力、热、光、电、磁等物理量的传感器;化学传感器则是能检测化学量的传感器。

从20世纪60年代起，化学传感器领域又增加了一个新的分支——生物传感器。 有人把生物传感器和物理传感器及化学传感器并列起来，看作是传感器的第3个类别 一、生物传感器的一般知识

1. 生物传感器的定义

用固定化的生物体成分（酶、抗体、抗原、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织）作为敏感元件的传感器称为生物传感器。生物传感器既不是指专用于生物领域的传感器，也不是指被测量对象必须是生物量的传感器（尽管用它也能测定生物量），而是基于它的敏感材料来自生物体。

2. 生物传感器的组成

在生物传感器中除敏感元件之外还有信号转换器件，常用的信号转换器有电化学电极、离子敏场效应晶体管、热敏电阻及微光管等。生物传感器的组成可形象地如图所示。

生物传感器的基本构成示意图

二,生物传感器的工作原理

1）将化学信号变化转换成电信号

大部分生物传感器均属于这种类型。以酶传感器为例，酶催化特定底物发生反应，从而使特定生成物的量有所增减。用能把这类物质的量的改变转换为电信号的装置和固定化酶耦合，即组成酶传感器。

2）将热变化转化成电信号

固定化的生物材料与相应的被测物作用时常伴随有热的变化。

按检测对象可以分成两大类：物理传感器和化学传感器。物理传感器是检测力、热、光、电、磁等物理量的传感器;化学传感器则是能检测化学量的传感器。

将热变化转变成电信号的生物传

感器

3）将光信号转变为电信号

有些酶，例如过氧化氢酶，能催化过氧化氢/鲁米诺体系发光，如设法将过氧化氢酶膜附着在光纤或光敏二极管的前端，再和光电流测定装置相连，即可测定过氧化氢含量。

（4）直接产生电信号方式

前3种原理的生物传感器都是化学或物理变化再通过信号转换器转变为电信号进行测量，统称为间接测量方式。

酶反应伴随的电子转移、微生物细胞的氧化直接在电极表面上发生，根据所得到的电流量即可得底物浓度。这就是直接测量方式。

三,生物传感器的特点

A） 生物传感器是由选择性好的生物体材料构成的分子识别元件，因此一般不需要进行样品的预处理，它利用优异的选择性把样品中被测组分的分离和检测统一为一体，测定时一般不需另加其它试剂。

B) 生物传感器由于它的体积小，可以实现连续在线检测。

C) 生物传感器的响应快、样品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反复多次使用。

(D) 生物传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器，因而便于推广普及。 生物传感器在食品与农产品加工中的应用

1. 生物传感器在食品检验中的应用

（1）食品鲜度的测定

（A）鱼鲜度传感器 （B）肉鲜度传感器

肉类在腐败过程中会产生各种胺类，故胺类测定也能反映肉类的新鲜度。

C）牛乳鲜度传感器

牛乳放置过程中，受细菌作用而产生乳酸，因此乳酸含量可表示牛乳的新鲜度。此外也可

按检测对象可以分成两大类：物理传感器和化学传感器。物理传感器是检测力、热、光、电、磁等物理量的传感器;化学传感器则是能检测化学量的传感器。

从牛乳放置过程由于脂分解作用产生的短链脂肪酸的含量来判断牛乳及其制品的新鲜度，这类传感器也已开发出来了。

四.生物传感器在食品卫生检测中的应用

1）食品中细菌和病原菌的测定

食品中微生物的检测一直用平皿计数法，方法繁琐耗时。1979年等开发了非染料偶合的燃料电池型微生物电极系统, 该电极基于微生物在呼吸代谢过程中产生电子，在阳极上放电，放电产生的电流大小可反映测定液中微生物的浓度。

采用光纤传感器可直接放入生长溶液的培养瓶中，通过测定微生物代谢过程中的副产物二氧化碳浓度来估算细菌数量。采用酶联电流型免疫传感器可测到食品中低数量的沙门氏菌。 免疫传感器也成功地测定了污染食品的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和鼠伤寒沙门氏菌。

2）检测食品中毒素

有人采用光纤传感器测定了食品中的肉毒杆菌毒素A，检测下限可达5mg／mL，lmin内可完成测定

（3）检测食品中残留农药

采用电导型生物传感器对食品中有机磷农药：甲基马拉松、乙基马拉松、敌百虫、二乙丙基磷酸进行了测定，检出下限分别为5×10-7、1×10-8、5×10-7、5×10-11mol／L。 磺胺可进入动物来源的食品，对人体健康产生不良影响。采用免疫传感器测定了牛奶中硫胺二甲嘧啶，检出限低于1×10-9，平均相对标准差为2%。

4）检测食品中添加剂

亚硫酸盐通常用于食品工业。除具有漂白作用外，还有防止食品氧化和微生物生长的作用。采用导电介体四氰基对醌二甲烷、四硫富瓦烯和亚硫酸盐氧化酶顺序沉积在玻璃碳电极敏感面上，结合FIA制成测定亚硫酸盐的传感器，检出限为5μmmol／L，电极在20s可达最大反应的90%。

生物传感器在食品与农产品抗氧化剂测定中已有不少报道。例如用菠菜叶或牛蒡植物叶与氧电极构成的植物组织电极可用于食品中儿茶酚的测定，测定范围可高至1500mg／L。

3.生物传感器在发酵工业中的应用

各种生物传感器中微生物传感器最适合发酵工业中的测量。由于发酵工业是大规模的生产，微生物传感器具有的成本低、设备简单的特点，占了极大的优势。

微生物传感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的测量，代谢产物如头孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇类、青霉素、乳酸等的测量。测量的装置用适合的微生物电极与氧电极组成，利用微生物的同化作用耗氧，测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量。

除在上述几个方面外，还广泛应用于军事和医学领域。军事上使用最多的是乙酰胆碱酯酶传感器，可以检测出沙林，该方法至今仍被应用于神经性毒剂毒包和报警器中。