前景與展望
概述
近年來,隨著生物科學、信息科學和材料科學發(fā)展成果的推動,生物傳感器技術(shù)飛速發(fā)展。但是,目前,生物傳感器的廣泛應(yīng)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;提高信號檢測器的使用壽命;提高信號轉(zhuǎn)換器的使用壽命;生物響應(yīng)的穩(wěn)定性和生物傳感器的微型化、便攜式等問題??梢灶A(yù)見,未來的生物傳感器將具有以下特點。
功能多樣化
未來的生物傳感器將進一步涉及醫(yī)療保健、疾病診斷、食品檢測、環(huán)境監(jiān)測、發(fā)酵工業(yè)的各個領(lǐng)域。目前,生物傳感器研究中的重要內(nèi)容之一就是研究能代替生物視覺、嗅覺、味覺、聽覺和觸覺等感覺器官的生物傳感器,這就是仿生傳感器,也稱為以生物系統(tǒng)為模型的生物傳感器。
微型化
隨著微加工技術(shù)和納米技術(shù)的進步,生物傳感器將不斷的微型化,各種便攜式生物傳感器的出現(xiàn)使人們在家中進行疾病診斷,在市場上直接檢測食品成為可能。
智能化集成化
未來的生物傳感器必定與計算機緊密結(jié)合,自動采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù),更科學、更準確地提供結(jié)果,實現(xiàn)采樣、進樣、結(jié)果一條龍,形成檢測的自動化系統(tǒng)。同時,芯片技術(shù)將愈加進入傳感器,實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的集成化、一體化。
低成本高靈敏度高穩(wěn)定性高壽命
生物傳感器技術(shù)的不斷進步,必然要求不斷降低產(chǎn)品成本,提高靈敏度、穩(wěn)定性和壽命。這些特性的改善也會加速生物傳感器市場化,商品化的進程。在不久的將來,生物傳感器會給人們的生活帶來巨大的變化,它具有廣闊的應(yīng)用前景,必將在市場上大放異彩。
生物傳感器實用性
是生物體成分(酶、抗原、抗體、激素、DNA) 或生物體本身(細胞、細胞器、組織),它們能特異地識別各種被測物質(zhì)并與之反應(yīng);后者主要有電化學電極、離子敏場效應(yīng)晶體管( ISFET ) 、熱敏電阻器、光電管、光纖、壓電晶體(PZ) 等,其功能為將敏感元件感知的生物化學信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號。
生物傳感器按所用分子識別元件的不同,可分為酶傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細胞器傳感器、免疫傳感器等;按信號轉(zhuǎn)換元件的不同,可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;按對輸出電信號的不同測量方式,又可分為電位型生物傳感器、電流型生物傳感器和伏安型生物傳感器。微生物傳感器是生物傳感器的一個重要分支。1975 年Divies 制成了第一支微生物傳感器,由此開辟了生物傳感器發(fā)展的又一新領(lǐng)域。
在不損壞微生物機能情況下,可將微生物固定在載體上制作出微生物傳感器。微生物傳感器與酶傳感器相比,它有以下特點:
⑴ 微生物的菌株比分離提純酶的價格低得多,因而制成的傳感器便于推廣普及;
⑵ 微生物細胞內(nèi)的酶在適當環(huán)境下活性不易降低,因此微生物傳感器的壽命更長;
⑶ 即使微生物體內(nèi)的酶的催化活性已經(jīng)喪失,也可以因細胞的增殖使之再生;
⑷ 對于需要輔助因子的復(fù)雜的連續(xù)反應(yīng),用微生物則更易于完成