传感器、生物传感器、光学生物传感器.ppt

1、传感器、生物传感器、光学生物传感器,一个光学生物传感器使用案例的浅析与体会,第五组：XXX,Content,一、传感器（Sensor） 二、生物传感器（Biosensor） 概念 原理与结构 分类 三、案例基于干法光学生物传感器的便携式血红蛋白检测系统 四、体会,传感器,今年1月，南京城东某高档小区60多户的家庭安装上了南京物联传感技术有限公司的智能家居系统。自从运用了先进的物联网技术，户主陈东明先生家里真的方便 舒适多了。他举例说，半个月前的一天下午，他的手机忽然接到报警，家里的一氧化碳传感器探测到天然气严重外泄，陈先生非常震惊，因为家里老父亲卧病在床， 如果发生意外，后果非常严重。他立即与

2、小区保安取得联系，保安进入他家打开门窗，解救父亲。 其实，预防天然气外泄只是智能家居系统中很普通的一项功能。家里的湿度传感器机感知房间里的湿度多少，如果春天干燥，就会提醒主人多喝水；氧气传感器还会 探测屋内空气的新鲜程度，会及时提醒主人开窗；有坏人敲门企图强行闯入，安放在门边的门磁传感器会立即报警。此外，陈先生还可以实现智能照明和遥控家电。 可以人在屋内，用手机让电饭锅煮饭，洗衣机洗涤，空调事先调到人体适宜温度，晚上临睡前，室内壁灯自动调节。,传感器 Sensor,国家标准GB7665-87的定义：能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

3、传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 新韦式大词典中定义为：“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。 “换能器Transducer”来称谓“传感器Sensor”。,物联网“十二五”发展规划,全国有1600多家企事业单位从事传感器 的研制、生产和应用，年产量达24亿只，市场规模超过900亿元，其中, 微机电系统（MEMS）传感器市场规模超过150亿元；通信设备制造业具有较强的国际竞争力。 成为国

4、际标准化组织（ISO）传感器网络标准工作组（WG7）的主 导国之一。2010年，我国主导提出的传感器网络协同信息处理国际标准获正式立项，同年，我国企业研制出全球首颗二维码解码芯片，研发了具有国际先进水平 的光纤传感器，TD-LTE技术正在开展规模技术试验。 四、重点工程（一）关键技术创新工程专栏1关键技术创新工程 1.信息感知技术 专栏4重点领域应用示范工程,专栏4重点领域应用示范工程,传感器 分类,常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟： 光敏传感器视觉 声敏传感器听觉 气敏传感器嗅觉 化学传感器味觉 压敏、温敏、流体传感器触觉 敏感元件的分类： 物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效

5、应。 化学类，基于化学反应的原理。 生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。 通常据其基本感知功能可分为： 热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。,生物传感器（Biosensor）,生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换 能器有机结合的一门交叉学科。 是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。 各种生物传感器有以下共同 的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转

6、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。,国家标准GB7665-87的定义：能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 “换能器Transducer”来称谓“传感器Sensor”。,生物传感器,按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为： 微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等等 按照传感器器件检测的原理分类，可分为： 热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道

7、生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。 按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为 亲和型和代谢型两种。,目前生物传感器使用的 探测机制共有电、光、热、量4种, 其中以光信号作为探测机制 的称为光学生物传感器（Optical Biosensor）。,传感层的探测基础是生物体的识别反应。生物识别是生物体之间的一种独特功能, 具有生物识别能力的物质称为生物功能物质。 迄今已经发现的生物功能物质有酶、核酸、抗原或抗体、结合蛋白质、植物凝血素和激素受体等。 生物体之间的识别反应分为催化型(Biocatalytic)和亲和型两类(Bioaffinity)。前者利用酶对被分析物识别的高度专一性和

8、对生化反应的高效催化性；后者则是利用了生物体之间如抗原一抗体、配体一受体的特异亲和性, 识别反应的结果是生成一个稳定的配合物, 测试时检测的是热力学平衡的结果, 稳定性较高, 检测机制也灵活多样, 是生物传感器发展的方向。,生物传感器,光学生物传感器的研究进展 光学生物传感器利用被测物质与探测试剂反应后引发的光信号作为探测基础, 一般由传感层（Biological recognition layer）、光信号转换(transducer)与放大处理(Amplification)个功能模块组成,分析物,生物传感器,传感层的制备方法 目前已经建立了多种适合于不同生物功能物质的固定化方法, 归纳起来主

9、要有包埋法、吸附法、共价键合法、交联法等种方式 光学生物传感器分类和原理 无源光学生物传感器 自身生物化学反应所产生的光辐射、一类是化学发光, 另一类是生物发光。 光致光学生物传感器 激发光源、一次光信号（如透射光、反射光、散射光、折射光）和二次光信号（如荧光、磷光） 电致光学生物传感器 电化学发光,（3）将光信号转变为电信号,例如，过氧化氢酶能催化过氧化氢/鲁米诺体系发光，如设法将过氧化氢酶膜附着在光纤或光敏二极管的前端，再和光电流测定装置相连，即可测定过氧化氢含量。 还有很多细菌能与特定底物发生反应，产生荧光，也可以用这种方法测定底物浓度。,鲁米诺,鲁米诺(luminol)，又名发光氨。化

10、学名称为3-氨基邻苯二甲酰肼，化学式为C8H7N3O2，结构式见右图，1853年就被合成出来了。1928年发现它被氧化时能发出蓝光。主要用于现代刑侦的的血液检测，能检测只有百万分之一含量的血，即使滴一小滴血到一大缸水中也能被检测出来。过氧化氢变成水和单氧，单氧再氧化鲁米诺让它发光。,鲁米诺的缺点 1、鲁米诺在铜、含铜合金、辣根或某些漂白剂的存在下发出荧光。因此如果犯罪现场被漂白剂彻底处理过，则鲁米诺发出的荧光会强烈掩盖任何血迹的存在。 2、鲁米诺可以检测出动物血及尿中的少量血，因此如果待测房间中含有尿或动物血，检测结果会有偏差。 3、 鲁米诺与排泄物反应，发出的光与和血反应发出的是相同的。 4

11、、 鲁米诺可能干扰其他检测，然而鲁米诺并不干扰DNA的提取。 5、使用鲁米诺需要在黑暗的环境里，否则荧光难以识别。 6、鲁米诺发光的时间有限，要抓紧时间拍照记录。,光纤生物传感器的基本构造,为了检测染料(酚红)的碱性状态，测定光选用560 nm，而红光600 nm用作光的参比。红、绿光的比例与PH的大小有关，为此从它们的比例情况就可得到pH的数值。这种pH光纤传感器的测定范围是pH 7074，精密度达001 pit单位，完个适用生理状态的pIi值的测定,基于干法光学生物传感器的便携式血红蛋白检测系统,国外自上世纪七八十年代开始研究各种Hb检测方法和便携式检测系统，国内自八十年代也开始了Hb检测系统的研究，并取得了较好的结果，但是这些系统基本以湿法（试剂）检测为基础，样本需要前期处理，因此用于现场检测难度较大。 电化学电流法 、光学反射法,检测原理,从子标题简单看,1.2.1 光源及光电转换器器件选择 1.2.2 L