谈谈生物传感器

生物传感器是一种集现代生物技术与先进电子技术于一体的高科技产品，它是将酶、微生物、抗原、抗体、配位体、受体、DNA（脱氧核糖核酸）等生物分子识别材料同物理、化学器件相结合而制成的一种新颖的信号转换器。生物传感器利用生物化学和电化学反应原理，将生化反应信号转换为电信号，通过对电信号进行放大和模数转换，测量出被测物质的浓度。其基本结构如下图所示。

目前已经实用化的生物传感器主要有酶电极、微生物传感器、免疫传感器、半导体生物传感器等。它们使用的信号转换器主要有电化学的电位型、电流型、电导型及离子选择场效应管；热学的热电阻器及微热计；光学的光导纤维；压电学的压电石英传感器；声学的表面声波仪等。

由于生物传感器可以取代常规的化学分析方法，因此，它的出现可以说是一场技术革命。为此，世界上一些科技发达的国家都把生物传感器的研究作为生物技术产业化的关键技术，投入了相当大的人力、物力进行研制开发。近年来，随着生物传感技术的深入化和实用化，生物传感器已经在医学诊断、食品营养、环境监测、国防工业以及人类卫生保健等诸多领域得到了广泛的应用。例如，生物传感器可以用来测定作为医疗重要依据的体内代谢物、蛋白质、抗原等的有关参数。美国YSI公司研制推出一种新颖的非固定化酶型生物传感器，利用它可以测定出运动员锻炼后血液中存在的乳酸水平或糖尿病人的葡萄糖水平。使用DNA为生物元件的生物传感器，可以用于胎儿前期诊断、高灵敏度测定微生物污染程度或分析动、植物染色体中是否存在异常基因物质。光纤传感器和微型生物传感器可以直接用于体内分析。生物工程方面，在利用生物工程技术生产药物时，将生物传感器用于工程监视，可以十分迅速地获取各种数据，有效地加强了生物工程产品的质量管理。此外，生物传感器已在癌症药物的研制方面发挥了重要作用，即将癌症患者的癌细胞取出培养，然后用生物传感器准确地测试癌细胞对各种治癌药物的反应，经过这种试验就可以较快地筛选出一种最有效的治癌药物。

我国对生物传感器的研制开发工作十分重视，已经取得了一批具有国际先进水平的研究成果，并在历次的国际生物传感器会议上发表了大量高水平的科研学术论文，引起了世界各国的关注。如山东省科学院研制成功了可以同时测定酒度和糖度的SBA-40型双功能生物传感器分析仪、快速测定糖化酶活力的SBA-50型生物传感器分析仪、测定有机磷中毒的胆碱生物传感器和用于在线分析的SBA-60型4电极生物传感器分析系统等。其主要技术性能指标均已达到国际先进水平，具有快速、方便、测量精度高等特点，而价格仅为国外同类产品的三分之一。再如湖北省国营238厂研制出一种TCY-1型酶电极血糖快速测定仪。它是一种对人体液糖（血糖、尿糖、脑脊液糖等）进行临床医学常规全自动分析的先进的检测仪器。它可以广泛应用于糖尿病、低血糖、脑膜炎、肺结核和肾病等多种疾病的诊断，具有检测快速、准确、操作简便、能自动打印结果，无需试剂等特点，特别适合于中、小医院和保健部门等使用，是一种应用前景广阔的新型医疗器械。

现在市场上出售的生物传感器大多是第二代产品，它含有生物工程分子，能直接感知并测量出指定的物质。第三代或第四代的生物传感器的典型代表是把硅片与生命材料相结合制成的生物硅片。这种有机与无机相结合的生物硅片比传统硅片的集成度要高几百万倍，且在工作时不发热或仅产生微热。美国加利福尼亚州门洛帕克市的分子器件公司已研制成功一种硅微型生理仪。这种新型的生物传感器以硅为基础，能测定活性细胞新陈代谢的情况。将它用于化学药物毒性测试，可减少使用活的动物。此外，该传感器还可以协助内科医生以更快的速度为病人选择最合适的药物。

今后，随着科学技术的发展和进步，还可以利用不同生物元件的特异功能与先进的电子技术相结合，研制出各种用途的新型生物传感器。例如采用微电子技术与特殊的生物元件可以研制出超微型的生物传感器，它可以进入人体内，帮助医生和病人解决一些外科手术和药物无法解决的问题，特别是纠正人类神经传递物质异常，老年性痴呆等疑难病症。

此外，科学家们还预言，有机生物传感器会融入电子系统。将来完全可以研制出全有机分子芯片和生物计算机。生物硅片与电子系统的广泛结合，可以出现许多奇迹，创造出更为复杂的仿生系统，例如模仿人的视觉、味觉等。将生物芯片插入人体内，安装在人工器官上与神经组织和计算机连接，可以使盲人重见光明，聋哑人说话，瘫痪者站立或行走，甚至会提高人的记忆力。

随着各种高性能生物传感器和生物硅片的出现，必将对现代高科技产品产生重大影响，从而推动人类社会更快发展和进步。(吴琼)