摘要：生物傳感器是一類特殊的化學傳感器。是利用生物感應元件的專一性與一個能夠產生和待測物濃度成比例的信號傳導器結合起來的分析裝置。

關鍵字：生物傳感器 環(huán)境監(jiān)測 應用

生物傳感器是一類特殊的化學傳感器。是利用生物感應元件的專一性與一個能夠產生和待測物濃度成比例的信號傳導器結合起來的分析裝置。與其它傳感器不同的是生物傳感器是以生物學組件作為主要功能性元件，能夠感受規(guī)定的被測量，既不是專用于生物領域的傳感器(雖然生物醫(yī)學也是它的應用領域之一)，也不是指被測量必是生物量的傳感器(盡管它也能測定生物量)，而是基于它的生物敏感材料來自生物體。生物傳感器的工作原理主要決定于生物敏感元件與待測物質之間的相互作用，主要有化學變化轉化為電信號、將熱變化轉化為電信號、將光效應轉化為電信號、直接產生電信號方式等方式。隨著技術的發(fā)展，基于細胞受體和自由振蕩等現(xiàn)象的新原理的生物傳感器也不斷涌現(xiàn)。

依據不同研究角度，生物傳感器的可分為以下幾類：

根據被測物與分子識別元件相互作用產生傳感器輸出信號的方式有兩類。一類是被測物與分子識別元件上敏感物質具有生物親和作用。即二者間能特異地相結合，同時引起敏感材料上生物分子的結構和固定介質發(fā)生物理變化，例如電荷、厚度、溫度、光學性質(顏色或熒光)等變化。這類傳感器稱為生物親和型生物傳感器。另一類是被測物與分子識別元件上的敏感物質相作用并產生產物，信號換能器將底物的消耗或產物的增加轉變?yōu)檩敵鲂盘枺@類傳感器稱為代謝型或催化型生物傳感器。

根據生物傳感器中分子識別元件上的敏感物質分類。生物傳感器中分子識別元件上所用的敏感物質有酶、微生物、動植物組織、細胞器、抗原和抗體等。根據所用敏感物質可將生物傳感器分為酶傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細胞器傳感器、免疫傳感器和ＤＮＡ生物傳感器等。

根據生物傳感器的信號轉換分類　　生物傳感器的信號換能器有:電化學電報、離子敏場效應晶體管、熱敏電阻、光電換能器、聲學裝置等。據此又將傳感器分為電化學生物傳感器、半導體生物傳感器、測熱型生物傳感器、測光型生物傳感器、測聲型生物傳感器等。

生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應用非常廣泛，如：

農藥殘留檢測，農藥殘留檢測目前研究較多的有乙酰膽堿酯酶類傳感器。乙酰膽堿是高等動物中神經信號的傳遞中介，同時又必須迅速地除去，否則連續(xù)的刺激會造成興奮，最后導致傳遞阻斷而引起機體死亡。乙酰膽堿的除去依賴于膽堿酯酶(Ａｃｈｅ)。在膽堿酯酶的催化下，乙酰膽堿水解為乙酸和膽堿:有機磷和氨基甲酸酯類農藥與乙酰膽堿類似，能與酶酯基的活性部位發(fā)生不可逆的健合從而抑制酶活性，酶反應產生的ｐＨ變化可由電位型生物傳感器測出。

測酸雨生物傳感器，ＳＯ2是酸雨酸霧形成的主要原因，傳統(tǒng)的檢測方法很復雜。Ｍａ而將亞細胞類脂類———含亞硫酸鹽氧化酶的肝微粒體固定在醋酸纖維膜上和氧電極制成安培型生物傳感器，可以對ＳＯ2形成的酸雨酸霧樣品溶液進行檢測，10ｍｉｎ可達穩(wěn)定。

　測ＢＯＤ值的生物傳感器生物化學需氧量，(ＢＯＤ)是衡量水體有機污染程度的指標，是水質評價過程中最常用、最重要的指標之一。傳統(tǒng)測定ＢＯＤ的5ｄ生化需氧量標準稀釋測定法所需時間長、操作繁瑣、結果準確度差。而利用從廢水處理廠的活性污泥中得到的微生物，經過培養(yǎng)后制成微生物———膠原膜并將其與氧電極組裝在一起即可以制成可測定ＢＯＤ的微生物傳感器。利用嗜熱菌作為敏感元件制成的ＢＯＤ傳感器，可在15ｍｉｎ左右測得一個ＢＯＤ數值。

水體富營養(yǎng)化監(jiān)測，水域中一些浮游生物暴發(fā)性繁殖引起水色異常的現(xiàn)象稱為赤潮，又叫紅潮，主要發(fā)生在近海海域。赤潮將使水域的生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞，對引起赤潮的浮游生物的監(jiān)測已成為一個重要課題。一種名叫查頓埃勒(Ｃｈａｔｔｏｎｅｌｌａ)的浮游生物是引起赤潮的重要物種，國外已研究出監(jiān)測這種浮游生物的生物傳感器，其原理為:檢測這種生物或其代謝產物產生的化學發(fā)光。此外，探測其它引起的赤潮的澡類生物傳感器也得到發(fā)展，如監(jiān)測藍藻菌的生物傳感器。其作用機理是:這樣藻類細胞存在一種藻青素，它能發(fā)出一種獨特的熒光光譜，通過測量這種熒光可進行有效監(jiān)測。

陰離子表面活性劑傳感器，陰離子表面活性劑，如直鏈烷基苯磺酸鈉(ＬＡＳ)可造成嚴重的水污染，在水面上產生不易消失的泡沫，并消耗溶解氧。用ＬＡＳ降解細菌和氧電極可以制成用來檢測陰離子表面活性劑的生物傳感器]，利用當陰離子表面活性劑存在時，ＬＡＳ降解菌的呼吸作用增強，引起溶解氧變化，從而氧電極電流變化的原理來測定ＬＡＳ濃度。

污染物急性毒性，檢測農藥的急性毒性用魚類以生物鑒定法試驗需花費96ｈ，而根據毒性阻礙發(fā)光的原理， 以減少發(fā)光量50%的濃度作為檢測指標用光電倍增管來檢測，一次測定需時5ｍｉｎ，30ｍｉｎ可以確定待測物的毒性指標，并且該方法與經典方法的測定值有很好的相關性。 發(fā)光細菌急性毒性試驗因其檢測時間短(15ｍｉｎ)，靈敏度高，被世界各國廣泛采用。我國也于1995年將這一方法列為環(huán)境毒性檢測的標準方法。另外，生物傳感器還可檢測苯酚及苯甲酸鹽、乙醇、亞硝酸鹽等許多環(huán)境污染物。

作為一種新的檢測手段生物傳感器具有高選擇性、高靈敏度、較好的穩(wěn)定性、低成本、能在復雜的體系中進行快速在線連續(xù)監(jiān)測，可以預見生物傳感器將會成為最具潛力的環(huán)境監(jiān)測工具。目前，生物傳感器的廣泛應用仍面臨著一些困難，今后一段時間里生物傳感器的研究工作將主要圍繞選擇活性強、選擇性高的生物傳感元件;提高檢測器使用壽命;信號轉換使用壽命;生物響應穩(wěn)定性和微型化便攜式等問題。

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