八.生物测试-生物传感器和生物芯片

生物检测----生物传感器生物传感器

Biosensor

生物传感器是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。具有接受器与转换器的功能。生物传感器的基本结构共同的结构：一种或数种相关生物活性材料（生物膜---生物分子识别元件

）能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器）二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。

生物传感器的特点酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗体膜等对生物物质的分子结构具有选择性识别功能

，只对特定反应起催化活化作用，因此生物传感器具有非常高的选择性。缺点是生物固化膜不稳定。生物传感器分类根据生物传感器中分子识别元件不同可分为5类：酶传感器（enzymesensor）微生物传感器（microbialsensor）细胞传感器（organallsensor）组织传感器（tis-suesensor）免疫传感器（immunolsensor）显而易见，所应用的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。应用---BOD生物传感器

常规的BOD测定需要4d的培养期。它操作复杂、耗时耗力且干扰性大，不宜现场监测。BOD生物传感器将微生物（丝孢酵母Trichosporoncutaneum）吸附在多孔膜上，将带有菌体的多孔膜再置于氧电极的Teflon膜上，水中有机化合物透过多孔性膜被固定化的微生物所利用，而耗氧。检测时间只需几分钟至半小时。BOD生物传感器

和传统的BOD培养装置应用及原理测量氨、硝酸盐、硫化物、磷酸盐等物质浓度的微生物传感器工作原理多是用适合的微生物电极与氧电极组成，利用微生物的同化作用耗氧，通过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量，从而达到测量底物浓度的目的。生物芯片技术生物芯片的概念

对于生物芯片，人们可能不像对计算机微处理器——半导体芯片那样熟悉。什么是生物芯片呢？一般说来，生物芯片就是在一块厘米见方的玻璃片、硅片、塑料膜等材料上，通过特殊的表面化学处理连接上相关的生物分子，经过特殊设计的生物化学反应，然后由专用的仪器收集检测信号，再用计算机分析数据结果。生物芯片的概念主要是指通过微加工技术和微电子技术在固格体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。生物芯片是微电子学、化学、物理学、信息学和生物学相互交叉形成的一项高新技术。生物芯片的结构生物芯片的模样五花八门有的和计算机芯片一样规矩、方正有的是在透明的玻璃或塑料上面点上排排微米级圆点或划了一条条的蛇形细槽，还有的是由一些不同形状头发粗细的管道和针孔大小的腔体，不同结构的微型电子、机械器件紧密排列在一起形成的。

生物芯片的结构把硅片或玻片与生命材料相结合制成的生物芯片是第三或第四代的生物传感器。其实质是在面积很小的基质表面有序列地（点间距＜500um）点阵排列大量固定于一定位置的可寻址的识别分子。芯片分析实际上是传感器分析的组合，芯片中的每一个单元微点都是一个传感器的探头。与半导体芯片的异同都使用了微加工、光学、光刻等类似技术，都把庞大的系统进行了缩微，最后输出的信号都是数字信号。与半导体芯片的异同不同点:1.输入的信号不一样。半导体芯片很怕水，接触到水溶液就会短路，而生物芯片恰恰要分析液体，输入其中的可能是血液、尿液等体液，不会出现短路现象；2.半导体芯片是永久性固定使用，而生物芯片是一次性使用，并伴随着相应的生物化学反应；3.从材料上来说，半导体芯片以硅为基本材料，而制备生物芯片使用的材料则比较广泛，除了硅，还可以使用玻璃、塑料等其他材料。生物芯片的特点生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化。芯片上集成的成千上万的密集排列的分子微阵列，能够在短时间内分析大量的生物分子，使人们快速准确地获取样品中的生物信息，效率是传统检测手段的成百上千倍。用于DNA分析的生物芯片固态芯片和液态芯片生物芯片的分类通常的生物化学反应过程包括三步：样品的制备、生化反应、结果的检测和分析常见的生物芯片三类：第一类为微阵列芯片，包括基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片和组织芯片；第二类为微流控芯片，包括各类样品制备芯片、聚合酶链反应（PCR）芯片、毛细管电泳芯片和色谱芯片等；第三类为以生物芯片为基础的集成化分析系统，也叫芯片实验室。

芯片实验室是生物芯片技术的最高境界通过微细加工工艺制作，由加热器、微泵、微阀、微流量控制器、微电极、电子化学和电子发光探测器等集成可以完成诸如样品制备、试剂输送、生化反应、结果检测、信息处理和传递等一系列复杂工作生物芯片在环境科学中的应用环境毒理学与毒理芯片环境化学污染与免疫芯片环境生物污染与基因芯片环境蛋白质组学与生物质谱芯片环境基因组学与基因芯片

参考文献何星月等，生物传感器在水污染监测中的应用，微纳电子技术，2002年第9期；胡永隽等，生物芯片技术及其在水体环境生物监测中的应用，生态学杂志，2005年第10期；高志贤，环境科学与生物芯片，科学出版社，2005.9.课堂测试题水污染生物监测的原理？与常规理化检测比较有什