生物傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

一、生物傳感器應(yīng)用前景廣闊

生物傳感器是一個(gè)非常活躍的研究和工程技術(shù)領(lǐng)域，它與生物信息學(xué)、生物芯片、生物控制論、仿生學(xué)、生物計(jì)算機(jī)等學(xué)科一起，處在生命科學(xué)和信息科學(xué)的交叉區(qū)域。生物傳感器是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的一種先進(jìn)的檢測(cè)方法與監(jiān)控方法，也是物質(zhì)分子水平的快速、微量分析方法。它們的共同特征是：探索和揭示出生命系統(tǒng)中信息的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸、加工、轉(zhuǎn)換和控制等基本規(guī)律,探討應(yīng)用于人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的基本方法。

21世紀(jì)將是生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代。而生物傳感器則作為生物技術(shù)支撐及關(guān)鍵設(shè)備之一，也必然會(huì)得到極大的發(fā)展，成為生物技術(shù)發(fā)展中出現(xiàn)的新產(chǎn)業(yè)鏈，它們將進(jìn)一步與信息技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展成為生物技術(shù)的數(shù)字工程。有人把21世紀(jì)稱為生命科學(xué)的世紀(jì)，也有人把21世紀(jì)稱為信息科學(xué)的世紀(jì)。在21世紀(jì)生物傳感器技術(shù)必將是介于信息和生物技術(shù)之間的新增長(zhǎng)點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的臨床診斷、工業(yè)控制、食品和藥物分析（包括生物藥物研究開發(fā)）、環(huán)境保護(hù)以及生物技術(shù)、生物芯片等研究中有著廣泛的應(yīng)用前景。

二、生物傳感器的種類

生物傳感器與其它傳感器的最大區(qū)別在于生物傳感器的信號(hào)檢測(cè)中含有敏感的生命物質(zhì)。這些敏感

物質(zhì)有酶、微生物、動(dòng)植物組織、細(xì)胞器、抗原和抗體等。根據(jù)生物傳感器中分子識(shí)別元件即敏感元件可分為五類：酶?jìng)鞲衅鳎╡nzymesensor），微生物傳感器（microbial sensor），細(xì)胞傳感器（organall sensor），組織傳感器（tis-sue sensor）和免疫傳感器（immunol  sensor）。生物傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器并沒有本質(zhì)的區(qū)別。例如:可以利用電化學(xué)電極、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、熱敏電阻、光電器件、聲學(xué)裝置等作為生物傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器。據(jù)此又將傳感器分為生物電極（bioelectrode）傳感器，半導(dǎo)體生物傳感器（semiconduct biosensor），光生物傳感器（optical biosensor），熱生物傳感器（calorimetric biosensor），壓電晶體生物傳感器（piezoelectric  biosensor）等，換能器依次為電化學(xué)電極、半導(dǎo)體、光電轉(zhuǎn)換器、熱敏電阻、壓電晶體等。生物傳感器按照傳感器器件檢測(cè)的原理分類，可分為熱敏生物傳感器、場(chǎng)效應(yīng)管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、聲波道生物傳感器、酶電極生物傳感器、介體生物傳感器等。生物傳感器按照生物敏感物質(zhì)相互作用的類型分類，可分為親和型和代謝型兩種。也可根據(jù)所監(jiān)測(cè)的物理量、化學(xué)量或生物量而命名為熱傳感器、光傳感器、胰島素傳感器等。

三、生物傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的生物傳感器發(fā)揮著越來越大的作用。生物傳感技術(shù)不僅為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究及臨床診斷提供了一種快速簡(jiǎn)便的新型方法，而且因?yàn)槠鋵Ｒ?、靈敏、響應(yīng)快等特點(diǎn)，在軍事醫(yī)學(xué)方面，也具有廣闊的應(yīng)用前景。 在臨床醫(yī)學(xué)中，酶電極是最早研制且應(yīng)用最多的一種傳感器。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可制成微生物傳感器。在軍事醫(yī)學(xué)中，對(duì)生物毒素的及時(shí)快速檢測(cè)是防御生物武器的有效措施。生物傳感器已應(yīng)用于監(jiān)測(cè)多種細(xì)菌、病毒及其毒素。

1．藥物分析

藥物分析用生物傳感器其典型代表產(chǎn)品是SPR生物傳感器，這是一種表面膜共振分析，是實(shí)時(shí)測(cè)定生物分子結(jié)合的技術(shù),在九十年代初由發(fā)瑪西亞公司引入，以抗原抗體結(jié)合分析為例,將抗原(或抗體)通過表面化學(xué)方法固定在芯片的金箔表面,然后讓抗體(或抗原)流過抗原抗體的結(jié)合將改變膜表面液體性狀,從而影響金箔共振性質(zhì),這一改變可被實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄下來(這被稱之結(jié)合相)。如改讓緩沖液流過，結(jié)合的抗體(或抗原)將解離并被帶走,這同樣改變膜表面液體性狀,檢測(cè)并記錄下來的金箔共振性質(zhì)改變就是解離相。

SPR生物傳感器是一種昂貴的生物傳感器分析儀，國(guó)內(nèi)只有少許有條件的實(shí)驗(yàn)室從國(guó)外購(gòu)進(jìn)，并以對(duì)外收費(fèi)的服務(wù)形式運(yùn)行。它主要用于部份新藥研發(fā)中藥物作用的分子活性基團(tuán)的識(shí)別。清華大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院電子研究所均自行研制了SPR生物傳感器。其中中國(guó)科學(xué)院電子研究所的產(chǎn)品配有小型流動(dòng)注入系統(tǒng)、溫控測(cè)試池及可批量制備的SPR生物傳感芯片。具有體積小、測(cè)定范圍寬、精度高、靈敏度高、功能完整、操作方便、可靠、耗材廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，是一種創(chuàng)新性、實(shí)用化的現(xiàn)代科學(xué)儀器。目前，這種光、機(jī)、電一體化、智能化和實(shí)用化的SPR生化分析儀已提供幾家科研單位使用。

更多醫(yī)療電子信息請(qǐng)關(guān)注：21ic醫(yī)療電子