八.生物測試-生物傳感器和生物芯片

生物檢測----生物傳感器生物傳感器

Biosensor

生物傳感器是對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行檢測的儀器。具有接受器與轉(zhuǎn)換器的功能。生物傳感器的基本結(jié)構(gòu)共同的結(jié)構(gòu)：一種或數(shù)種相關(guān)生物活性材料（生物膜---生物分子識別元件

）能把生物活性表達(dá)的信號轉(zhuǎn)換為電信號的物理或化學(xué)換能器（傳感器）二者組合在一起，用現(xiàn)代微電子和自動化儀表技術(shù)進(jìn)行生物信號的再加工，構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。

生物傳感器的特點(diǎn)酶膜、線粒體電子傳遞系統(tǒng)粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗體膜等對生物物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)具有選擇性識別功能

，只對特定反應(yīng)起催化活化作用，因此生物傳感器具有非常高的選擇性。缺點(diǎn)是生物固化膜不穩(wěn)定。生物傳感器分類根據(jù)生物傳感器中分子識別元件不同可分為5類：酶傳感器（enzymesensor）微生物傳感器（microbialsensor）細(xì)胞傳感器（organallsensor）組織傳感器（tis-suesensor）免疫傳感器（immunolsensor）顯而易見，所應(yīng)用的敏感材料依次為酶、微生物個體、細(xì)胞器、動植物組織、抗原和抗體。應(yīng)用---BOD生物傳感器

常規(guī)的BOD測定需要4d的培養(yǎng)期。它操作復(fù)雜、耗時耗力且干擾性大，不宜現(xiàn)場監(jiān)測。BOD生物傳感器將微生物（絲孢酵母Trichosporoncutaneum）吸附在多孔膜上，將帶有菌體的多孔膜再置于氧電極的Teflon膜上，水中有機(jī)化合物透過多孔性膜被固定化的微生物所利用，而耗氧。檢測時間只需幾分鐘至半小時。BOD生物傳感器

和傳統(tǒng)的BOD培養(yǎng)裝置應(yīng)用及原理測量氨、硝酸鹽、硫化物、磷酸鹽等物質(zhì)濃度的微生物傳感器工作原理多是用適合的微生物電極與氧電極組成，利用微生物的同化作用耗氧，通過測量氧電極電流的變化量來測量氧氣的減少量，從而達(dá)到測量底物濃度的目的。生物芯片技術(shù)生物芯片的概念

對于生物芯片，人們可能不像對計算機(jī)微處理器——半導(dǎo)體芯片那樣熟悉。什么是生物芯片呢？一般說來，生物芯片就是在一塊厘米見方的玻璃片、硅片、塑料膜等材料上，通過特殊的表面化學(xué)處理連接上相關(guān)的生物分子，經(jīng)過特殊設(shè)計的生物化學(xué)反應(yīng)，然后由專用的儀器收集檢測信號，再用計算機(jī)分析數(shù)據(jù)結(jié)果。生物芯片的概念主要是指通過微加工技術(shù)和微電子技術(shù)在固格體芯片表面構(gòu)建的微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA以及其他生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測。生物芯片是微電子學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、信息學(xué)和生物學(xué)相互交叉形成的一項(xiàng)高新技術(shù)。生物芯片的結(jié)構(gòu)生物芯片的模樣五花八門有的和計算機(jī)芯片一樣規(guī)矩、方正有的是在透明的玻璃或塑料上面點(diǎn)上排排微米級圓點(diǎn)或劃了一條條的蛇形細(xì)槽，還有的是由一些不同形狀頭發(fā)粗細(xì)的管道和針孔大小的腔體，不同結(jié)構(gòu)的微型電子、機(jī)械器件緊密排列在一起形成的。

生物芯片的結(jié)構(gòu)把硅片或玻片與生命材料相結(jié)合制成的生物芯片是第三或第四代的生物傳感器。其實(shí)質(zhì)是在面積很小的基質(zhì)表面有序列地（點(diǎn)間距＜500um）點(diǎn)陣排列大量固定于一定位置的可尋址的識別分子。芯片分析實(shí)際上是傳感器分析的組合，芯片中的每一個單元微點(diǎn)都是一個傳感器的探頭。與半導(dǎo)體芯片的異同都使用了微加工、光學(xué)、光刻等類似技術(shù)，都把龐大的系統(tǒng)進(jìn)行了縮微，最后輸出的信號都是數(shù)字信號。與半導(dǎo)體芯片的異同不同點(diǎn):1.輸入的信號不一樣。半導(dǎo)體芯片很怕水，接觸到水溶液就會短路，而生物芯片恰恰要分析液體，輸入其中的可能是血液、尿液等體液，不會出現(xiàn)短路現(xiàn)象；2.半導(dǎo)體芯片是永久性固定使用，而生物芯片是一次性使用，并伴隨著相應(yīng)的生物化學(xué)反應(yīng)；3.從材料上來說，半導(dǎo)體芯片以硅為基本材料，而制備生物芯片使用的材料則比較廣泛，除了硅，還可以使用玻璃、塑料等其他材料。生物芯片的特點(diǎn)生物芯片的主要特點(diǎn)是高通量、微型化和自動化。芯片上集成的成千上萬的密集排列的分子微陣列，能夠在短時間內(nèi)分析大量的生物分子，使人們快速準(zhǔn)確地獲取樣品中的生物信息，效率是傳統(tǒng)檢測手段的成百上千倍。用于DNA分析的生物芯片固態(tài)芯片和液態(tài)芯片生物芯片的分類通常的生物化學(xué)反應(yīng)過程包括三步：樣品的制備、生化反應(yīng)、結(jié)果的檢測和分析常見的生物芯片三類：第一類為微陣列芯片，包括基因芯片、蛋白芯片、細(xì)胞芯片和組織芯片；第二類為微流控芯片，包括各類樣品制備芯片、聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）芯片、毛細(xì)管電泳芯片和色譜芯片等；第三類為以生物芯片為基礎(chǔ)的集成化分析系統(tǒng)，也叫芯片實(shí)驗(yàn)室。

芯片實(shí)驗(yàn)室是生物芯片技術(shù)的最高境界通過微細(xì)加工工藝制作，由加熱器、微泵、微閥、微流量控制器、微電極、電子化學(xué)和電子發(fā)光探測器等集成可以完成諸如樣品制備、試劑輸送、生化反應(yīng)、結(jié)果檢測、信息處理和傳遞等一系列復(fù)雜工作生物芯片在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用環(huán)境毒理學(xué)與毒理芯片環(huán)境化學(xué)污染與免疫芯片環(huán)境生物污染與基因芯片環(huán)境蛋白質(zhì)組學(xué)與生物質(zhì)譜芯片環(huán)境基因組學(xué)與基因芯片

參考文獻(xiàn)何星月等，生物傳感器在水污染監(jiān)測中的應(yīng)用，微納電子技術(shù)，2002年第9期；胡永雋等，生物芯片技術(shù)及其在水體環(huán)境生物監(jiān)測中的應(yīng)用，生態(tài)學(xué)雜志，2005年第10期；高志賢，環(huán)境科學(xué)與生物芯片，科學(xué)出版社，2005.9.課堂測試題水污染生物監(jiān)測的原理？與常規(guī)理化檢測比較有什