《生物传感器应用研究（论文）5400字》

生物传感器应用研究目录TOC\o"1-3"\h\u26939一、生物传感器 3216271、原理 3157282、检测方法 3151343、应用 311870二、食品安全检测 435701、重要性 422232、常用方法 415296三、生物传感器在食品安全检测中的应用 5106621、酶传感器 5142942、微生物传感器 6322693、免疫传感器 712231参考文献 7一、生物传感器1、原理生物传感器结构由以下部分组成：生物敏感组件、换能器、电子信号处理装置。其中生物敏感组件固定化有生物识别元件（包括酶、抗体抗原、微生物、细胞、动植物组织、基因等），换能器是为信号转换元件（包括电化学电极、半导体、光学元件、热敏元件、压电装置等）王鹏.生物技术在食品安全检测中的最新应用[J].食品安全导刊,2017(03):19.。生物传感器的工作原理是待测物质经扩散作用进入固定生物膜敏感层，经分子识别而发生生物学作用，产生的信息如光、热、音等被相应的信号转换器变为可定量和处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，以电极测定其电流值或电压值，从而换算出被测物质的量或浓度王鹏.生物技术在食品安全检测中的最新应用[J].食品安全导刊,2017(03):19.刘学梅.我国食品安全检测体系中存在的问题及对策研究[J].现代食品,2016(03):37-38.2、检测方法美国Heather等以仿生纳米硅粒胶囊将丁酰胆碱酯酶(Buche)和磷酸水解酶(OPH)固定化后注入检测柱内,构成酶反应器(IMERS)宁毅.高特异性碳纳米生物传感器快速检测沙门氏菌的研究[D].湖南师范大学,2014.。该反应器与空气化学污染物采集系统集成,从而研发了用于连续监测空气中有机磷污染的酶传感器系统,该系统通过实时分析酶水解产物来测定有机磷含量该系统检测适用范围较广,包括对氧磷(paraoxon)、对吸磷(demeton-S)、马拉硫磷(malathion)等等开发了一种电化学生物传感器用于杀虫剂克菌丹及其代谢物的快速检测李凯伟.金纳米粒子增强光纤生物传感器重复性及特异性研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),2014.。该传感器的生物电极中固定有谷胱甘肽-S转移酶(GST),一定浓度的克菌丹对GST产生抑制作用的反应,利用电容-电压CV)技术测定抑制反应过程中电流的变化,并以此来判定被检测物克菌丹的浓度宁毅.高特异性碳纳米生物传感器快速检测沙门氏菌的研究[D].湖南师范大学,2014.李凯伟.金纳米粒子增强光纤生物传感器重复性及特异性研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),2014.王东方.基于功能化纳米材料的生物传感器设计及在生物医学中的应用[D].中国科学院研究生院（上海应用物理研究所）,2014.研究结果表明,该电化学生物传感器对克菌丹的检测限为0.25~16mg/L,抑制率大于72%,灵敏度高达4.5uA/(mg/L),检测响应时间12Schvdge等利用生物传感器的方法检测即食食品中杀虫剂残留物(有机磷酸酯和氨基甲酸盐),并与杀虫剂的传统检测方法相对比,生物传感器测定法与传统方法的检测结果较吻合,但无须对检测样品进行提取或预浓缩等复杂的前处理,检测灵敏度高,操作简便快捷郭沫然.光谱技术在食品安全检测中的应用研究[D].长春理工大学,2014.郭沫然.光谱技术在食品安全检测中的应用研究[D].长春理工大学,2014.该传感器对杀虫剂的检测浓度水平可低于5mg/kg,完全满足欧盟关于即食食品中杀虫剂10mg/kg最大检测限的规定Revolt等利用表面等离子共振检测技术(SPR)对农药进行检测研究,认为SPR生物传感器体积小，成本低，响应快，灵敏度高,实时在线检测和抗干扰能力强,该方法的检测范围为0.001~1mgL,因而非常适合用于现场的农药残留检测。3、应用近些年，国内外学者就生物传感器在农药残留检测领域中的应用做了一些有益的探索。在农药残留检测中，最常用的是酶传感器。不同酶传感器检测农药残留的机理是不同的，一般是利用残留物对酶活性的特异性抑制作用（如乙酰胆碱酯酶）来检测酶反应所产生的信号，从而间接测定残留物的含量。但也有些是利用酶对目标物的水解能力（如有机磷水解酶）郭小敏,杨徐康.现代仪器分析技术在食品安全检测中的应用[J].江西化工,2013(04):237-239.郭小敏,杨徐康.现代仪器分析技术在食品安全检测中的应用[J].江西化工,2013(04):237-239.二、食品安全检测1、重要性对于目前市场上的食品制售问题，食品药品监管部门一直非常重视。现在在大型的批发市场都是驻点检测，与很多不识字的人沟通是有难度的，日常检查也被从业者抵触蒋雪松,许林云,卢利群,沈飞,周宏平.生物传感器在食品污染物检测中的应用研究进展[J].食品科学,2013,34(23):357-362.蒋雪松,许林云,卢利群,沈飞,周宏平.生物传感器在食品污染物检测中的应用研究进展[J].食品科学,2013,34(23):357-362.事实上，对于每个人来说，食品安全都是比较重要的，生物传感器在这里起到了很大的作用，简单、快捷的数据显示，食品符合标准，可以直接看到数据的参考价值。试验数据能直观地反映食品质量是否合格，对管理过程最有效的监督是在基层，重点是跟踪管理。两者应该相辅相成。监测数据不仅可以有效地将食品质量信息反馈给监管部门，而且可以为企业提供一种长期的监测机制郭曙超,龚方,昃向君,周保华,于仕超.食品安全检测数据仓库技术的应用与研究[J].食品研究与开发,2013,34(17):125-128.郭曙超,龚方,昃向君,周保华,于仕超.食品安全检测数据仓库技术的应用与研究[J].食品研究与开发,2013,34(17):125-128.市场本身应该对检测数据和过程管理给予同等的重视。如果监控数据易于伪造，则过程管理记录更容易伪造。而生产过程直接影响着测试数据的质量，因此管理人员将从源头和过程两个方面对产品的质量进行控制。管理部门抽查不仅要查看管理过程、食品生产范围，还要查看检测过程和检测数据隋广文.食品安全检测技术综述[J].科技传播,2013,5(14):81-82.隋广文.食品安全检测技术综述[J].科技传播,2013,5(14):81-82.2、常用方法关于食品安全检测，目前有许多类型的常用方法，例如等离子体共振SPR生物传感器。表面等离子体共振(SPR)是一种物理光学现象.表面等离子体是由电磁波沿金属与介质之间的界面传播而形成的。当平行表面上的偏振光以表面等离子体共振角入射并发生衰减全反射时，入射光被耦合到表面等离子体中，光能量被大量吸收。在这个角度上，表面等离子体共振(SPR)导致界面反射光的显着减少。由于其对金属表面介质折射率的敏感性，不同介质的表面等离子体共振角不同。金属表面相同的介电量不同，响应强度也不同张谦,张玲,李景虹.石墨烯及其复合材料在酶电化学生物传感器中的应用[J].分析化学,张谦,张玲,李景虹.石墨烯及其复合材料在酶电化学生物传感器中的应用[J].分析化学,2013,41(05):641-649.基于这种原理的生物传感器通常将一种具特异识别属性的分子即配体固定于金属膜表面，监控溶液中的被分析物与该配体的结合过程。在复合物形成或解离过程中，金属膜表面溶液的折射率发生变化，可以实时被生物传感器检测出来。抗原、抗体因反应特异性强、灵敏度高、重复性好，所以，生物传感器最为常见的检测对象是抗原、抗体的相互识别过程崔接武.基于有序Au纳米线阵列的葡萄糖电化学生物传感器的制备及性能研究[D].合肥工业大学,2013.崔接武.基于有序Au纳米线阵列的葡萄糖电化学生物传感器的制备及性能研究[D].合肥工业大学,2013.三、生物传感器在食品安全检测中的应用生物传感器在生物学研究领域的应用有利的推动了生物学的发展。生物传感器可以用来筛选一些具有特异性功能或结构的核酸和蛋白质，可以用来研究蛋白和核酸相互作用，研究核酸、蛋白的特性，可以用来评估有毒、有害物质对活体细胞的影响钟霞.几种复合纳米材料的合成及其在葡萄糖生物传感器中的应用研究[D].西南大学,2013.钟霞.几种复合纳米材料的合成及其在葡萄糖生物传感器中的应用研究[D].西南大学,2013.例如，使用生物传感器对具有特异性结合目标物的核酸适配子的筛选可以大大节约筛选时间，减少劳动强度。生物传感器是一种重要的生物学研究方法。它在生物研究领域的应用，可以提高研究效率，节约研究成本，拓宽研究思路，促进生物学的发展。同时，生物学的发展和进步为生物传感器的研究和发展提供了强有力的理论支持曹淑瑞.纳米复合材料固载生物氧化酶构建高灵敏电流型酶生物传感器的研究[D].西南大学,2013.曹淑瑞.纳米复合材料固载生物氧化酶构建高灵敏电流型酶生物传感器的研究[D].西南大学,2013.生物传感器包括生物识别元件和信号转换器，其选择性地响应被测试样品，并通过生物识别系统和电化学或其他传感器将该物质的浓度转换为电信号。根据电信号的大小定量地测量待测物质的浓度。生物传感器巧妙地结合了生物学、物理、化学和计算机科学，开启了无试剂分析的序幕，导致了分析生物学的一场革命。分析生物学从半定量到精确定量和自动化的转变李晶,杨晓英.新型碳纳米材料——石墨烯及其衍生物在生物传感器中的应用[J].化学进展,2013,25(Z1):380-396.李晶,杨晓英.新型碳纳米材料——石墨烯及其衍生物在生物传感器中的应用[J].化学进展,2013,25(Z1):380-396.生物传感器作为直接或间接检测生物分子等相关参数值的方法,灵敏度高、选择性好、响应快、测定简便迅速、价廉、可微型化、便于携带、可以现场检测,因此,它作为一种新的检测手段正迅猛发展。有的已在生物工程、医学与临床、环境监测等领域展现出十分广阔的前景。它不仅可以组装成分析仪器应用于在线分析,而且还可以做成微型传感器植入生命体内定时检测。现就各种生物传感器的研究进展及其在食品检测中的应用简述如下。1、酶传感器酶传感器作为生物传感器的先驱,是1962年由Clark提出,1967年UPdik构建的,是用葡萄糖氧化酶电极测定样品中的葡萄糖,到70年代后期开发出了新的萄葡糖分析仪。酶传感器主要利用它在生物体的催化特性,对特定底物有反应的特异性,把这种特异性与电化学分析的迅速性和简便性结合起来,从含有多种多样的有机物的生物试样中,有选择地把特定物质迅速测定出来。它还具有反复进行,不需要通常进行酶分析时需要的酶和显示剂,实现无试剂分析,因此,发展较快,现已有多酶传感器高原,李艳,苏星光.基于石墨烯的光学生物传感器的研究进展[J].分析化学,2013,41(02):174-180.高原,李艳,苏星光.基于石墨烯的光学生物传感器的研究进展[J].分析化学,2013,41(02):174-180.利用酶电极进行食品分析,至少已有8种氨基酸和一些糖类,如:用脉酶电极法测定食品中赖氨酸含量；电流型谷氨酸氧化酶电极和谷氨酸脱梭酶电极都可测定酱油中谷氨酸的浓度,也可应用于味精发酵液中谷氨酸含量测定。国外也有人利用Vc氧化酶能氧化维生素C生成脱氢维生素C,用胶原固定纤维氧化酶与氧电极组成酶电极用于测定水果中的Ve。对于食品鲜度传感器的研究，Karube等人用单胺氧化酶能催化各种单胺化合物氧化脱氨原理测定肉的新鲜度李月娟,吴霞明,王君,刘静.食品分析及安全检测关键技术研究[J].中国酿造,2012,31(12):13-17.。1993年日本大熊广一报道了用于新鲜度和食品分析的生物传感器系统。矢野幸男报道了肉类新鲜度传感器,原理都是利用酶电极检测食品的新鲜度。加拿大Montreal生物技术研究所生物工程师Luong研制的新鲜度传感器是以核酸或核昔酸酶、核昔磷酸化酶、黄喋吟氧化酶作为生物传感元件,用电流作转能器的一种多功能酶传感器用于测定鱼的新鲜度,检测灵敏度高出以前方法的20倍以上,日本、加拿大的公司正在出售检测鱼新鲜的生物传感器李月娟,吴霞明,王君,刘静.食品分析及安全检测关键技术研究[J].中国酿造,2012,31(12):13-17.宋英攀,冯苗,詹红兵.石墨烯纳米复合材料在电化学生物传感器中的应用[J].化学进展,2012,24(09):1665-1673.最近,日本索尼中央研究所研制了LB膜酶传感器,将具有更高灵敏度,从而使酶传感器的性能得到改进。有人预言,可从200种以上的酶入手制成测量各种物质的酶传感器。尽管有各种各样应用的限制和研制的困难,但在食品监测的应用有很好的前景,期待着新的发展。2、微生物传感器微生物传感器是由载体结合的微生物细胞和电化学器件组成,已发展了两种传感器,一种是以微生物呼吸活性为指标的呼吸型传感器；一种是以微生物的代谢产物为指标的电极活性物质测定型传感器。用微生物代替酶作为识别元件是因为微生物具有较高稳定性、选择性好、廉价耐用等优点,并可广泛地应用于许多酶反应系统、辅酶和能量再生系统。对于呼吸型生物传感器是利用细胞内的复合酶系,将糖、有机酸、氨基酸或蛋白质转变成为其它各种物质,并将所得能量用于自身的发展和繁殖。对于好气微生物,呼吸氧使有机酸分解,消耗氧气生成CO2,故用02电极和CO2电极进行了电化学分析检测张旭霞,林博,李小宁.食品安全检测技术存在的问题与对策[J].现代农业科技,2012(15):289+291.张旭霞,林博,李小宁.食品安全检测技术存在的问题与对策[J].现代农业科技,2012(15):289+291.另一方面在微生物代谢中能用电化学检测的物质，如葡萄糖、蔗糖、淀粉、丙酮酸、甲酸及各种氨基酸的代谢中生成的氢,可用氢电极来检测。现在不同种类的微生物开发研制了葡萄糖、甲醇、乙醉、醋酸、甲酸、谷氨酸、赖氨酸、组氨酸、维生素B、L一半胧氨酸、酪氨酸、硝酸盐、黄曲霉素等传感器,来检测食品中不同物质浓度。Hikuma等人用玻璃电极将大肠杆菌包在CO2电极上用于测定谷氨酸的浓度。Mia等人利用酵母细胞被固化在乙酞纤维膜上,外层用一层气体可渗透的膜,并祸连在氧电极传感器上,制成乙醇电极,应用在啤酒、白酒和化学物的检测上,有较高的选择性和灵敏度。用酿酒酵母涂在载体上与氧电极祸合研制成色氮酸微生物传感器,并用注流分析测定玉米和小米色氨酸含量王一娴,叶尊忠,斯城燕,应义斌.适配体生物传感器在病原微生物检测中的应用[J].分析化学,2012,40(04):634-642.王一娴,叶尊忠,斯城燕,应义斌.适配体生物传感器在病原微生物检测中的应用[J].分析化学,2012,40(04):634-642.利用丝抱酵母甲醇菌与氧电极祸合,分别制备了新的乙醇和甲醇传感器,应用于发酵液中测定乙醇和甲醇浓度,防止酒中甲醇过量而引起中毒。利用啤酒发酵过程中的啤酒酵母菌,固定在微孔混合纤维素醋膜上,并覆盖渗析膜,再将它紧贴在氧电极的敏感面,即可制成微生物同化糖传感器,用注流分析法进行检测啤酒发酵中总糖含量,有一定的使用价值王宗花,郭新美,夏建飞,张菲菲,夏延致,李延辉.基于纳米材料电化学生物传感器的研究进展[J].分析测试学报,2011,30(11):1216-1223.王宗花,郭新美,夏建飞,张菲菲,夏延致,李延辉.基于纳米材料电化学生物传感器的研究进展[J].分析测试学报,2011,30(11):1216-1223.3、免疫传感器免疫传感器是近10年来发展起来的新型传感器,它是利用生物体内抗原与抗体专一性结合而导致电化学变化设计而成的,可分为非标记和标记免疫传感器肖良.中国农产品质量安全检验检测体系研究[D].中国农业科学院,2008.肖良.中国农产品质量安全检验检测体系研究[D].中国农业科学院,2008.其一,非标记免疫传感器是在识别部分的表面形成抗原抗体复合物,并将反应所引起的变化直接转换成电信号。一类是固化抗原抗体膜的电位式传感器；另一类是化学修饰免疫传感器。其二,标记免疫传感器,通常是酶标记抗原或抗体,作为识别元件,电化学装置作传导转换部分而构成的,因为使用了具有化学放大作用的标记剂,因此,其灵敏度比非标记有显著提高。有使用氧电极的酶免疫传感器,是基于决定选择性的免疫化学亲合性和决定灵敏度的标记酶的化学放大作用。也有根据竞争酶免疫反应原理设计的传感器,如:黄曲霉素传感器,它是由氧电极和黄曲霉素抗体膜组成,将一定量的过氧化物酶标记黄曲霉素加到待测样品中,酶标记的及未标记黄曲霉素会与膜上的黄曲霉素抗体发生竞争反应,测定酶标黄曲霉素与抗体的结合率便可知食品中黄曲霉素的含量苗立新,魏凌,侯静.食源性危害与食品安全检测[J].中国卫生检验杂志,2005(10):1278-1280.苗立新,魏凌,侯静.食源性危害与食品安全检测[J].中国卫生检验杂志,2005(10):1278-1280.总之,免疫传感器发展较快,但还存在一些问题,因而没有充分发展,主要是由于灵敏度低,再利用受到限制,作为商品化的检测器械运用到食品检测上还有一段距离。

参考文献[1]王鹏.生物技术在食品安全检测中的最新应用[J].食品安全导刊,2017(03):19.[2]刘学梅.我国食品安全检测体系中存在的问题及对策研究[J].现代食品,2016(03):37-38.[3]宁毅.高特异性碳纳米生物传感器快速检测沙门氏菌的研究[D].湖南师范大学,2014.[4]李凯伟.金纳米粒子增强光纤生物传感器重复性及特异性研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),2014.[5]王东方.基于功能化纳米材料的生物传感器设计及在生物医学中的应用[D].中国科学院研究生院（上海应用物理研究所）,2014.[6]郭沫然.光谱技术在食品安全检测中的应用研究[D].长春理工大学,2014.[7]郭小敏,杨徐康.现代仪器分析技术在食品安全检测中的应用[J].江西化工,2013(04):237-239.[8]蒋雪松,许林云,卢利群,沈飞,周宏平.生物传感器在食品污染物检测中的应用研究进展[J].食品科学,2013,34(23):357-362.[9]郭曙超,龚方,昃向君,周保华,于仕超.食品安全检测数据仓库技术的应用与研究[J].食品研究与开发,2013,34(17):125-128.[10]隋广文.食品安全检测技术综述[J].科技传播,2013,5(14):81-82.[11]张谦,张玲,李景虹.石墨烯及其复合材料在酶电化学生物传感器