生物傳感器的工作原理及在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

在醫(yī)學(xué)中有多種檢驗(yàn)方法，一般的方法是在實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)，但是這種檢驗(yàn)方法過程繁瑣，花費(fèi)時(shí)間較長，逐漸無法滿足現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)的需求，生物傳感器的出現(xiàn)大大改觀了這種現(xiàn)象。

1.原理和結(jié)構(gòu)

傳感器中包含抗體、抗原、蛋白質(zhì)、DNA 或者酶等生物活性材料，待測(cè)物質(zhì)進(jìn)入傳感器后，分子識(shí)別然后發(fā)生生物反應(yīng)并產(chǎn)生信息，信息被化學(xué)換能器或者物理換能器轉(zhuǎn)化為聲、光、電等信號(hào)，儀器將信號(hào)輸出，我們就能夠得到待測(cè)物質(zhì)的濃度。傳感器的主要組成部分是感受器和換能器，再將信號(hào)通過自動(dòng)化儀表技術(shù)和微電子技術(shù)處理，就能構(gòu)成各種儀器或者系統(tǒng)。

2.分類和特點(diǎn)

按照換能器種類分類，可以分為聲波傳感器、半導(dǎo)體傳感器、熱傳感器、阻抗傳感器等 ;按照分子識(shí)別元件種類分類，可以分為免疫傳感器、細(xì)胞傳感器和組織傳感器等。

傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)大多是酶分析法，這種方法步驟繁瑣，費(fèi)用較高，而采用生物傳感器的方法，雖然試劑價(jià)格昂貴但是可以多次使用;生物傳感器有很強(qiáng)的轉(zhuǎn)移性，即只對(duì)特定的底物發(fā)生反應(yīng)，不論其濁度和顏色如何 ;再者分析速度較快，一般一分鐘就能得到結(jié)果 ;誤差能夠控制在 1% 以內(nèi)，準(zhǔn)確度可以保證 ;相對(duì)于酶分析法操作更加簡便，可以進(jìn)行自動(dòng)化分析 ;生物傳感器檢驗(yàn)效率更高。上述都是生物傳感 器的優(yōu)點(diǎn)。

3.醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的運(yùn)用

生物傳感器有很多種，下面針對(duì)其中幾種傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的運(yùn)用展開分析。

3.1 微生物傳感器

微生物傳感器的感受器是含有微生物的膜，工作原理是微生物會(huì)消耗待測(cè)溶液中的溶解氧，放出熱量或者光，達(dá)到定量檢測(cè)待測(cè)物質(zhì)的目的。相對(duì)于酶傳感器，微生物傳感器使用穩(wěn)定并且成本更低，但是使用范圍不及酶傳感器，數(shù)據(jù)顯示，微生物傳感器能夠檢測(cè)的物質(zhì)約為 60 種到 70 種。微生物會(huì)受到待測(cè)物質(zhì)的毒害影響，這是影響傳感器準(zhǔn)確度和壽命的主要因素，解決了這個(gè)問題，微生物傳感器市場化指日可待。

3.2 酶傳感器

這種傳感器的敏感元件是固定化酶，使用酶傳感器就不需要花費(fèi)大量精力去提取酶。臨床上測(cè)定尿素、葡萄糖、乳酸、天門冬酰胺等生化指標(biāo)可以采用酶傳感器，例如現(xiàn)在的葡萄糖酶傳感器已經(jīng)發(fā)展到了第四代，應(yīng)用范圍廣泛，并且國際上乳酸酶傳感器技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。臨床上要檢驗(yàn)患者腎功能就要進(jìn)行腎功能診斷，然后針對(duì)性的實(shí)施人工透析，這種情況下就要使用尿素傳感器。酶傳感器研究時(shí)間和發(fā)展時(shí)間都較長，市場上的酶傳感器已經(jīng)達(dá)到了超過 200 種。

3.3 基因傳感器

基因傳感器是近年來才出現(xiàn)的一種傳感器，但是技術(shù)先進(jìn)，國內(nèi)外也有很多專家學(xué)者針對(duì)基因傳感器進(jìn)行研究，現(xiàn)在已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)之一。基因傳感器的基礎(chǔ)是雜交高特異性，一般基因傳感器上有 30 個(gè)左右的核苷酸單鏈核酸分子，通過和靶序列雜交測(cè)定目標(biāo)核酸分子。現(xiàn)在研究和使用較多的基因傳感器是 DNA傳感器，主要用于結(jié)核桿菌、艾滋病毒和乙肝炎病毒等的檢測(cè)，從而達(dá)到診斷疾病的目的。