生物传感器在医学中的应用

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【中图分类号】 R318.6【文献标识码】A【文章编号】1672－3783(2011)05－0038－02

【摘要】 生物传感器涉及多个研究领域，在医学中有着广泛的运用，在现代医学中有着举足轻重的作用，尤其是在基础医学研究和临床诊断运用中相当广泛。本文作者系统的阐述了生物传感器在医学中的运用。

【关键字】 生物传感器 医学

生物传感器是一种新型的高科技产品，它涉及到多个研究领域。其中包括微电子学、化学、现代生物技术。生物传感器在发酵工程、环境监测、食品检验、医学工程这一系列领域中都有广泛的应用。特别是在医学工程，生物传感器的应用更加广泛，在医学发展中有着重要的作用。生物传感技术在基础医学研究和临床诊断有着巨大的优势，近年来医学界越来越重视生物传感技术发展，生物传感技术已经成为医学研究领域的一个热点。

生物传感器是利用酶、抗体、微生物等生物活性物质，来检测与识别生物体内的化学成分，生物传感器主要是由生物敏感膜和信号转换器两部分构成，生物敏感膜在与被检测物质接触的时候会与其发生物理或者是化学反应，从而进行分子识别。信号转化器就是将发生在生物化学反应中的化学信号转换成为可以检测到的光信号或者是电信号。

生物传感器只会与特殊的物质发生生物化学反应，因而生物传感器具有较强的专一性。在发生生物化学反应时，将捕捉到的反应物与敏感膜的反映强烈程度通过信号转换器转换成可检测的电信号或者是光信号，再根据一定的分析就可以得出被检测物质样品的浓度。

根据生物传感器的工作原理的不同，可以将生物传感器分为光学生物传感器、电化学生物传感器、压电生物传感器。根据生物活性物质的不同，可以将生物传感器分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器。

光学生物传感器是将光信号通过信号转换器转换成为可以检测到的电信号，光学转换器在使用的时候，速度比较快，灵敏度也很高，抗干预能力较强，因而具有较高的可靠性，在医学中广泛使用，荧光光纤传感器以及消失波生物传感器是光学生物传感器的两个重要的分支。

荧光光纤传感器主要是用于临床生化检验。荧光光纤传感器在无机物的测定方面可以用于pH值的测定、氧的测定、电解质的测定。通过测定荧光剂与质子发生可逆反应时，荧光强度的变化来测定pH值，经常使用的荧光剂主要有7 - 羟基三羧基香豆素、4 - 甲基- 7 - 羟基香豆素及四溴荧光素等。荧光光纤传感器还可以用于葡萄糖测定，胆固醇测定。胆固醇氧化酶与胆固醇作用时会导致氧的消耗，通过光纤检测氧的消耗引起对氧敏感的荧光剂的荧光猝灭。当pH=7.25的时候，这种光纤传感器对胆固醇浓度的检测范围是0.2~3nmol/L，稳定时间长达7~12分钟，检测时间更长，因而准确度更高。荧光光纤传感器还可以用于检测土霉素，维生素和蛋白C等。消失波光纤传感器一方面用于DNA杂交技术分析，目前消失波光纤传感器已经用于分析基因突变、DNA三倍体、基因表达等领域中。消失波光纤传感器采用集束光束光纤进行检测，利用ＤＮＡ探针技术来检测不同的DNA分子，可以大大提高DNA分析效率。另一方面用于免疫分析，可以检测鼠疫抗原，检测内毒素，以及检测肉毒杆菌毒素，消失波光纤传感器为的检测提供了新的方法。

电化学生物传感器由于精度不高，因而在医学领域中运用不是十分广泛。主要是用于检测DNA的杂交识别，测定DNA序列，还可以用于检测基因突变以及损伤。

压电生物传感器，在操作时简便，制作成本低，容易携带，因而在医学领域有较大的发展潜力，尤其是方便医学检验工作，将会不断地取代繁琐的操作、庞大的仪器和众多的实验室。压电生物传感器在病原体检测方面可以用于艾滋病病毒的检测、白色念珠菌的检测、肠道菌的检测。艾滋病是当前人类面临的一个重大威胁，将HIV合成多肽物质，如果被检测样品中好友HIV抗体两者进行反应将会导致晶体频率发生改变。除此之外压电生物传感器还可以用于血沉及凝血时间的检测、基因检测、激素免疫球蛋白等蛋白物质的定性定量检测，比如说压电生物传感器就广泛用于胰岛素的检测，免疫球蛋白的检测。用3 - APTES、PEI 和SPA方法固定抗胰岛素抗体,使用SPA固定法在检测胰岛素的浓度时具有更好的敏感性和稳定性，最低的检测浓度为1ug/L。压电石英晶体阻抗传感器能够用来检测红细胞的凝集时间和沉降速率，并且使用这种生物传感器操作起来简便，还可以排除热效应的干扰。

在临床医学领域，生物传感器可以用来检测各种化学成分，监测许多种细菌、病毒以及毒素。抗体是生物传感器中最常使用的一种生物活性物质。因为抗体具有较强的选择性，只会与相应的抗原发生反应。就是利用抗原与抗体的特异性反应来进行微量物质的检测。SPR免疫传感器主要是用于糖尿病以及肾病的监测，在疾病早期进行检测可以做到提前治疗，防止病情的进一步恶化。HCG免疫传感器就是用于诊断早期妊娠，通过检测尿液中的HCG的含量可用于妊娠诊断，操作简单快捷，大大提高医务人员的工作效率。生物传感器还用于药物分析，预知疾病发作。生物传感器在癌症药物研究方面有着举足轻重的作用。将癌症患者的癌细胞提取出来进行培养，利用生物传感器可以准确的检测出治疗癌症的物质对于这种癌细胞的作用效果，最终筛选出效果最好的治疗癌症的药物。

生物传感器在医学中的运用是越来越广泛，传感器产业是一个具有较大发展潜力的产业，随着科学技术的不断发展，生物传感器的研发运用要不断的向前迈进，使生物传感器趋于小型化、智能化、功能多样化。但是要使生物传感器成为一种广泛普及的常规检测分析工具，还有很长的一段路要走。

参考文献

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作者单位： 529500 阳江市人民医院