第10章 化學(xué)傳感器與生物傳感器

傳感器技術(shù)與應(yīng)用2第10章化學(xué)傳感器與生物傳感器10.1化學(xué)傳感器10.2生物傳感器10.3柔性生物傳感器第10章知識(shí)目標(biāo)（1）掌握化學(xué)傳感器的定義及其類型劃分；（2）掌握pH酸度計(jì)的基本構(gòu)成及其工作原理；（3）掌握離子敏場(chǎng)效應(yīng)管傳感器的基本構(gòu)成及其工作原理；（4）掌握氣敏傳感器的基本工作原理與主要類型；（5）掌握濕敏傳感器的基本工作原理與主要類型；（6）掌握生物傳感器的定義及其類型劃分；（7）掌握酶?jìng)鞲衅鞯幕竟ぷ髟砼c主要類型；（8）掌握微生物傳感器的基本工作原理與主要類型；（9）掌握免疫傳感器的基本工作原理與主要類型；（10）掌握柔性生物傳感器與柔性生物電傳感器的基本概念與工作原理。3第10章能力目標(biāo)（1）能夠理解化學(xué)傳感器與生物傳感器的關(guān)聯(lián)性；（2）掌握pH酸度計(jì)的應(yīng)用特性；（3）掌握離子敏場(chǎng)效應(yīng)管的應(yīng)用特性；（4）掌握主要類型的氣敏傳感器與濕敏傳感器的應(yīng)用特性；（5）掌握酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、免疫傳感器的?yīng)用特性。4510.1化學(xué)傳感器10.1.1化學(xué)傳感器概述

化學(xué)傳感器技術(shù)交叉融合了化學(xué)、生物學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、薄膜技術(shù)等多個(gè)學(xué)科門類。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《傳感器通用術(shù)語(yǔ)》（GB/T7665-2005）中對(duì)化學(xué)傳感器的定義：“能感受規(guī)定的化學(xué)量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器”。1.化學(xué)傳感器的定義62.化學(xué)傳感器的應(yīng)用（1）

環(huán)保領(lǐng)域用于檢測(cè)大氣、水體和土壤中的有毒、有害物質(zhì)。例如：二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、甲醛、苯等有害氣體和重金屬離子等。（2）醫(yī)療領(lǐng)域例如：①

檢測(cè)生物體內(nèi)的葡萄糖、乳酸、尿酸、肌酐等生化指標(biāo)；②

檢測(cè)藥物與受體結(jié)合的變化，掌握藥物的活性、藥效等信息。主要用于病理檢測(cè)和藥物分析。7（3）公共安全領(lǐng)域用于檢測(cè)公共領(lǐng)域可能泄漏的有毒、有害化學(xué)物質(zhì)。例如：氯氣、氨氣、硫化氫等。（4）工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域用于監(jiān)測(cè)化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的原料、中間體和產(chǎn)品的成分和濃度，為生產(chǎn)過(guò)程的控制和優(yōu)化提供重要數(shù)據(jù)支持。（5）基礎(chǔ)研究領(lǐng)域作為科研儀器的核心部件，用于研究化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，探測(cè)新物質(zhì)等。83.化學(xué)傳感器的構(gòu)成（1）分子識(shí)別元件即為敏感元件，也稱為感受器，作用是感受被測(cè)量的變化。

分子識(shí)別元件由具有化學(xué)敏感特性的材料制成的，能夠?qū)μ囟ǖ幕瘜W(xué)物質(zhì)或離子產(chǎn)生響應(yīng)。9（3）轉(zhuǎn)換元件

轉(zhuǎn)換元件基于物理、化學(xué)等各種原理，將敏感元件產(chǎn)生的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電位、電流、電阻、電容等參量的變化。

（2）分離器

作用是利用混合物中各組分的不同性質(zhì)將其分離，方便后續(xù)進(jìn)行更加準(zhǔn)確的化學(xué)分析或檢測(cè)。注意：分離器不是所有化學(xué)傳感器必須具有的部分。是否需要，取決于具體的化學(xué)傳感器類型和應(yīng)用場(chǎng)景。104.化學(xué)傳感器的類型劃分當(dāng)被測(cè)物質(zhì)與電極接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。電勢(shì)型化學(xué)傳感器將溶解于電解質(zhì)溶液中的離子作用于離子電極，產(chǎn)生電勢(shì)輸出。保持電極和電解質(zhì)溶液的界面為一恒定電位，將流過(guò)外電路的電流作為傳感器的檢測(cè)信號(hào)。以被測(cè)物氧化或還原后的電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的變化作為傳感器的檢測(cè)信號(hào)?；谖镔|(zhì)與光的相互作用基于物質(zhì)的熱學(xué)性質(zhì)基于物質(zhì)的質(zhì)量變化離子選擇性電極（ISE）基本原理是離子識(shí)別能夠?qū)怏w的成分或濃度信息進(jìn)行檢測(cè)能夠檢測(cè)特定環(huán)境中水汽含量能夠?qū)ι镂镔|(zhì)敏感并將其轉(zhuǎn)換為可用電信號(hào)1110.1.2離子傳感器1.離子傳感器概述一種利用離子選擇電極將溶液中特定離子濃度轉(zhuǎn)換成可用電信號(hào)的傳感器。具有選擇性好、靈敏度高、響應(yīng)速度快、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

通常由離子選擇電極和參比電極組成，通過(guò)測(cè)量離子選擇電極和參比電極之間的膜電位來(lái)檢測(cè)離子濃度。（1）膜電位：

將離子選擇性電極浸入含有一定活度的待測(cè)離子溶液中時(shí)，在敏感膜的內(nèi)外兩個(gè)相界面處產(chǎn)生的電位差（電勢(shì)差）。膜電位是跨膜電位，即膜電壓。

膜電位產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)原因是離子的交換和擴(kuò)散，其值為膜內(nèi)界面電位和膜與外部電解質(zhì)溶液形成的外界面電位的代數(shù)和。122.離子傳感器典型應(yīng)用（1）工業(yè)廢水水質(zhì)監(jiān)測(cè)通過(guò)檢測(cè)工廠排放廢水中的離子濃度，確定是否符合環(huán)保法規(guī)定要求。（2）河水水質(zhì)監(jiān)測(cè)

用于監(jiān)測(cè)河流、湖泊等水體中的離子濃度，評(píng)估水質(zhì)和污染情況，以保證生活飲用水源和水產(chǎn)養(yǎng)殖的水源品質(zhì)。（3）液體食品和藥品自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程品質(zhì)監(jiān)測(cè)

例如：檢測(cè)液體食品中的酸度、糖度、關(guān)鍵離子濃度等重要指標(biāo)，以及藥品生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵離子濃度。這些指標(biāo)的檢測(cè)有助于保證產(chǎn)品質(zhì)量。133.pH酸度計(jì)pH（PotentialofHydrogen，氫離子濃度指數(shù)）：指單位體積被測(cè)溶液中H+（氫離子）的含量。用于表示溶液的酸堿度。pH計(jì)一種用于檢測(cè)溶液酸堿度的電化學(xué)傳感器，是離子傳感器的典型應(yīng)用。被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品、化工、石油、造紙、冶金、環(huán)保等行業(yè)領(lǐng)域。14

將一個(gè)連有內(nèi)參比電極的可逆氫離子指示電極（膜電極）和一個(gè)參比電極（外參比電極）同時(shí)浸入到待測(cè)溶液中構(gòu)成原電池，在一定溫度下，指示電極與參比電極之間產(chǎn)生的膜電位與H+的活度成比例關(guān)系。需要注意的是H+活度表示的是溶液中H+參與化學(xué)反應(yīng)的有效濃度。

（1）pH計(jì)的基本工作原理：15

（2）pH計(jì)的電極被測(cè)溶液中H+活度有響應(yīng)測(cè)量電極選擇電極工作電極玻璃電極氫電極銻電極根據(jù)測(cè)量機(jī)理不同…pH玻璃電極結(jié)構(gòu)示意圖對(duì)溶液中的H+活度無(wú)響應(yīng)，其作用是提供已知、恒定的電極電位。結(jié)構(gòu)構(gòu)成與工作電極相似16pH檢測(cè)示意圖pH復(fù)合電極結(jié)構(gòu)示意圖17（3）pH計(jì)檢測(cè)原理（膜電位產(chǎn)生機(jī)理）pH玻璃電極膜電位的產(chǎn)生機(jī)理主要基于尼克爾斯基（Nicolsky）提出的離子交換理論。pH玻璃電極在使用之前必須在水中浸泡一定的時(shí)間。浸泡時(shí)玻璃球膜內(nèi)、外表面將形成溶脹的硅酸鹽層，也稱為水合硅膠層或水化凝膠層或水化硅膠層，簡(jiǎn)稱水化層。水化層的形成是產(chǎn)生膜電位的必要條件。

水化層形成后，玻璃球膜對(duì)應(yīng)三層結(jié)構(gòu)：膜的內(nèi)側(cè)和外側(cè)均對(duì)應(yīng)水化層，膜的中間為干玻璃層：18

將形成水化層的pH玻璃電極浸入被測(cè)溶液中，由于水化層表面的H+活度和被測(cè)溶液中的H+活度存在活度差，因此H+將從活度大的一側(cè)區(qū)域向活度小的一側(cè)區(qū)域擴(kuò)散，從而改變了水化層和被測(cè)溶液兩者之間對(duì)應(yīng)的固液二相界面的電荷分布，產(chǎn)生了相界電位，稱其為外相界電位。

同理，pH玻璃球膜的內(nèi)側(cè)與內(nèi)參比溶液之間同樣會(huì)產(chǎn)生相界電位，稱其為內(nèi)相界電位。兩相界面電位的代數(shù)和即為膜電位。19

經(jīng)熱力學(xué)證明：pH玻璃電極的玻璃球膜的內(nèi)、外相界電位與每個(gè)相界面的H+活度密切相關(guān)，遵守能斯特方程。當(dāng)溫度為25oC（298K）時(shí)，玻璃球膜內(nèi)、外相界電位對(duì)應(yīng)的能斯特方程式分別：外相界電位內(nèi)相界電位分別表示由玻璃球膜外表面、內(nèi)表面性質(zhì)決定的常數(shù)分別表示被測(cè)溶液、內(nèi)參比溶液的H+活度分別表示玻璃球膜外層水化層、內(nèi)層水化層表面的H+活度由于玻璃球膜內(nèi)、外表面的性質(zhì)基本相同，所以：20則玻璃球膜的膜電位：由于pH玻璃電極的內(nèi)參比溶液中的H+活度是確定的值，即α2是已知的恒定值。表示由玻璃膜電極本身性質(zhì)決定的常數(shù)21（4）pH計(jì)不對(duì)稱電位存在一個(gè)很小的膜電位，此電位為“不對(duì)稱電位”。

減小不對(duì)稱電位的有效措施之一是在檢測(cè)前將pH玻璃電極在水溶液中長(zhǎng)時(shí)間浸泡，可以浸泡24h以上。224.離子敏場(chǎng)效應(yīng)管傳感器離子敏場(chǎng)效應(yīng)管（Ionsensitivefieldeffecttransistor，

ISFET）傳感器場(chǎng)效應(yīng)離子傳感器一種基于場(chǎng)效應(yīng)對(duì)離子具有選擇響應(yīng)的離子傳感器。被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和食品安全等領(lǐng)域。（

1）結(jié)構(gòu)構(gòu)成離子敏場(chǎng)效應(yīng)管傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

與絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管相比，離子敏場(chǎng)效應(yīng)管的絕緣層上方?jīng)]有金屬柵極，而是含有待測(cè)離子的溶液。絕緣層與溶液之間是離子敏感膜。則離子敏感膜即為離子敏場(chǎng)效應(yīng)管傳感器的柵極。23（2）

檢測(cè)原理

離子敏場(chǎng)效應(yīng)管傳感器在進(jìn)行離子活度檢測(cè)時(shí)，被測(cè)溶液與離子敏感膜接觸處會(huì)產(chǎn)生界面電勢(shì)（界面電位），其大小取決于溶液中被測(cè)離子的活度，這一界面電勢(shì)的大小將直接影響柵極與源極之間的開(kāi)啟電壓（閾值電壓）：開(kāi)啟電壓參比電極電勢(shì)氣體常數(shù)絕對(duì)溫度離子電荷數(shù)法拉第常數(shù)參比溶液的離子活度在離子敏場(chǎng)效應(yīng)管傳感器確定，參考電極電勢(shì)已知的前提下，C與S為常數(shù)242510.1.3氣敏傳感器1.氣敏傳感器概述氣敏傳感器也稱為氣體傳感器，是用于檢測(cè)氣體的類別、成分和濃度的傳感器。最典型的應(yīng)用領(lǐng)域是環(huán)境監(jiān)測(cè)和火災(zāi)預(yù)警。甲烷半導(dǎo)體式氣敏傳感器

常用的半導(dǎo)體式氣敏傳感器的型號(hào)有MQ系列：MQ-2、MQ-3、MQ-4、MQ-5、MQ-6、MQ-7、MQ-8等；262.氣敏傳感器類型劃分測(cè)量原理基于電化學(xué)反應(yīng)當(dāng)與氣體接觸時(shí)，半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率等參數(shù)發(fā)生變化將氣體分子吸附在半導(dǎo)體表面，引起半導(dǎo)體表面電子活性發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其電導(dǎo)率發(fā)生變化。氣體分子進(jìn)入到半導(dǎo)體內(nèi)部，引起半導(dǎo)體內(nèi)部載流子濃度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化。利用光阻值發(fā)生變化利用半導(dǎo)體材料的一些物理效應(yīng)與器件特性2710.1.4濕敏傳感器1.濕敏傳感器概述

濕敏傳感器也稱為濕度傳感器，其敏感元件能夠感受空氣中水蒸氣含量的變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換元件的化學(xué)或物理參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)水蒸氣含量的檢測(cè)。2.濕度的定義與表達(dá)方式（1）絕對(duì)濕度（AbsoluteHumidity，AH）指在一定的溫度和壓力下，單位體積的空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量。被測(cè)空氣的絕對(duì)濕度被測(cè)空氣水蒸氣的質(zhì)量被測(cè)空氣的總體積28（2）相對(duì)濕度（RelativeHumidity，%RH）有三種形式的定義性描述：①被測(cè)空氣中水蒸氣的氣壓與相同溫度下飽和水蒸氣的氣壓的百分比。②被測(cè)空氣的絕對(duì)濕度與相同溫度下可能達(dá)到的最大絕對(duì)濕度的百分比。③被測(cè)空氣中水蒸氣分壓與相同溫度下水蒸氣飽和分壓的百分比。被測(cè)空氣的相對(duì)濕度特定溫度下被測(cè)空氣實(shí)際含的水蒸氣的分壓同溫度下空氣的飽和水蒸氣分壓29（3）露點(diǎn)溫度

指在一定的大氣壓下，當(dāng)空氣中的水蒸氣未達(dá)到飽和時(shí)，通過(guò)降低環(huán)境溫度，令空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度。若空氣溫度在露點(diǎn)溫度的基礎(chǔ)上繼續(xù)下降，則空氣中的水蒸氣將凝結(jié)成露珠。即當(dāng)空氣相對(duì)濕度達(dá)到100%時(shí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的氣溫即為露點(diǎn)溫度。當(dāng)空氣的水蒸氣未達(dá)到飽和時(shí)，對(duì)應(yīng)的氣溫一定高于露點(diǎn)溫度。因此可以以露點(diǎn)溫度與實(shí)際氣溫的差值來(lái)表示空氣中水蒸氣偏離飽和的程度。露點(diǎn)溫度是表示空氣相對(duì)濕度的一個(gè)重要指標(biāo)。303.濕敏傳感器的類型指水分子易于吸附在固體外表并且能夠滲透到固體內(nèi)部的特性。3110.2生物傳感器10.2.1生物傳感器概述1.生物傳感器構(gòu)成

生物傳感器也稱為生物量傳感器，利用生物敏感活性材料作為生物敏感膜，對(duì)被測(cè)生物物質(zhì)進(jìn)行選擇，然后通過(guò)基于物理、化學(xué)原理的轉(zhuǎn)換元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物物質(zhì)的檢測(cè)。32（1）生物敏感膜分子識(shí)別元件生物受體生物活性物質(zhì)膜基體是敏感膜的載體，決定著生物傳感器的使用壽命。金屬材料、半導(dǎo)體材料、有機(jī)材料膜材料是固化敏感材料的支持物無(wú)機(jī)物類、天然生物材料類、有機(jī)聚合物類、人工合成的生物材料類生物敏感材料是生物傳感器的核心，也被稱為分子探針。酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、動(dòng)植物組織、DNA（脫氧核糖核酸）等33（2）轉(zhuǎn)換元件

是將生物敏感膜選擇、識(shí)別的生物信息通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)、壓電效應(yīng)、光電效應(yīng)等轉(zhuǎn)換為可用的電信號(hào)。常用的轉(zhuǎn)換元件有電化學(xué)電極、熱敏電阻、壓電晶體、光纖、場(chǎng)效應(yīng)管等。342.生物傳感器的類型353.生物傳感器的典型應(yīng)用（1）

生命科學(xué)被應(yīng)用于生物制藥、蛋白質(zhì)工程和生物學(xué)研究，通過(guò)對(duì)生物反應(yīng)過(guò)程的檢測(cè)，幫助優(yōu)化生物反應(yīng)條件。

（2）醫(yī)學(xué)診斷被廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)生理參數(shù)檢測(cè)，例如：血糖、心電、血氧等，輔助醫(yī)生診斷疾病。應(yīng)用于新藥研發(fā)中藥物作用的分子活性基團(tuán)的識(shí)別。（3）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

可用于監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，通過(guò)檢測(cè)土壤中的氮磷鉀和其他營(yíng)養(yǎng)元素含量，確定農(nóng)作物缺乏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥?？捎糜谛竽琉B(yǎng)殖，對(duì)動(dòng)物的生理和疾病進(jìn)行檢測(cè)。36（4）食品安全

可以對(duì)農(nóng)產(chǎn)品、食品中的農(nóng)藥殘留、添加劑含量以及霉菌、毒素等進(jìn)行檢測(cè)，確保食品質(zhì)量與食用安全。（5）

環(huán)境監(jiān)測(cè)

用于檢測(cè)空氣、水和土壤中的各種污染物和有害物質(zhì)，例如：重金屬、細(xì)菌、PM2.5以及甲醛、甲烷、乙醇等揮發(fā)性有機(jī)物，以評(píng)估環(huán)境質(zhì)量和治理污染物。

應(yīng)用于軍事安全、衛(wèi)生防疫和犯罪調(diào)查，例如：化學(xué)武器檢測(cè)、病原體檢測(cè)和DNA鑒定。3710.2.2酶?jìng)鞲衅髅競(jìng)鞲衅魇且悦缸鳛樯锩舾胁牧希妹傅拇呋饔?，在常溫、常壓下先將糖類、醇類、有機(jī)酸、氨基酸等生物分子氧化或分解，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換元件獲得有用電信號(hào)，

實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的定量測(cè)定。1.酶的基本概念酶（Enzyme）：是一種由活細(xì)胞產(chǎn)生的功能化蛋白質(zhì)或RNA（RibonucleicAcid，核糖核酸）。生物體內(nèi)代謝過(guò)程中發(fā)生的生化反應(yīng)絕大多數(shù)在酶的催化下進(jìn)行。是一種能夠加快生化反應(yīng)速率，并且具有催化專一性的生物催化劑。382.酶的催化特性（1）

高效性酶催化特性對(duì)比曲線圖反應(yīng)產(chǎn)物濃度（單位為mol/L）時(shí)間（單位為s）酶催化產(chǎn)物最大濃度值39（2）特異性專一性

指酶僅能作用于某一種底物或一類分子結(jié)構(gòu)相似的底物，發(fā)生特定類型的生化反應(yīng)，產(chǎn)生特定的產(chǎn)物。例如：淀粉酶只能催化淀粉的水解反應(yīng)，而不能催化其他碳水化合物的水解反應(yīng)。40（3）可調(diào)節(jié)性酶的催化活性可以通過(guò)多種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如：

可以通過(guò)酶的合成、酶的降解、變構(gòu)調(diào)節(jié)、酶原激活以及調(diào)節(jié)蛋白等調(diào)控等方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)生物體內(nèi)的不同需求。（4）不穩(wěn)定性

酶的活性的穩(wěn)定性會(huì)受到pH、溫度、紫外線、重金屬鹽、抑制劑、激活劑等因素的影響。因此，酶的催化特性具有不穩(wěn)定性。413.酶?jìng)鞲衅鞯牡湫蛻?yīng)用

例如：葡萄糖傳感器的生物敏感膜是含有葡萄糖氧化酶的膜，在葡萄糖氧化酶（GlucoseOxidase，GOD）的催化下，葡萄糖（C6H12O6）被氧化生成葡萄糖酸（C6H12O7）和過(guò)氧化氫（H2O2），生化反應(yīng)式：H2O2可以通過(guò)電極表面的催化劑催化分解為氧氣和水，同時(shí)產(chǎn)生電子，對(duì)應(yīng)化學(xué)式：

生成的電子在電極之間形成電流，通過(guò)測(cè)量此電流值的大小，可以間接地計(jì)算獲得H2O2的濃度，進(jìn)而可以間接計(jì)算獲得葡萄糖的含量。4210.2.3微生物傳感器

微生物傳感器是利用細(xì)胞固定化技術(shù)，將微生物活體固定在敏感膜上，在保證固定的微生物數(shù)量和活性恒定的情況下，通過(guò)轉(zhuǎn)換元件檢測(cè)微生物反應(yīng)所消耗的溶解氧量或所產(chǎn)生的電極活性物質(zhì)的量，可以間接獲得被測(cè)底物信息。

微生物主要包括原核微生物（細(xì)菌、藍(lán)藻等）、真核微生物（酵母菌、霉菌等）和無(wú)細(xì)胞生物（病毒、類病毒等）。

微生物傳感器與酶?jìng)鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)成和工作原理相似，主要區(qū)別是以微生物活體代替了酶。431.類型劃分與工作原理以細(xì)菌呼吸活性物質(zhì)為基礎(chǔ)測(cè)定被測(cè)物主要由固定化需氧性細(xì)菌膜和氧電極兩部分構(gòu)成以細(xì)菌代謝活性物質(zhì)為基礎(chǔ)測(cè)定被測(cè)物主要由固定化的厭氧菌膜和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成442.微生物傳感器典型應(yīng)用（1）發(fā)酵工業(yè)被廣泛應(yīng)用在發(fā)酵工業(yè)中，例如：奶業(yè)、飲料、酒業(yè)、醬油和醋類釀造工業(yè)等生產(chǎn)過(guò)程，需要微生物傳感器檢測(cè)原材料和代謝物質(zhì)，以保證產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性。（2）水體質(zhì)量監(jiān)測(cè)

對(duì)生活飲用水源、水產(chǎn)養(yǎng)殖水域、工業(yè)廢水等進(jìn)行有機(jī)物污染、生物學(xué)檢測(cè)時(shí)應(yīng)用較多的生物傳感器為BOD（BiochemicalOxygenDemand，生化需氧量）微生物傳感器。45（3）醫(yī)療領(lǐng)域主要應(yīng)用于檢測(cè)血糖、病原體、核酸、藥物濃度等，為疾病診斷和藥理研究提供重要信息。（4）食品工業(yè)用于檢測(cè)食品中的微生物污染和農(nóng)藥殘留，保證食品安全。（5）生物安全檢測(cè)用于生物恐怖襲擊與生物戰(zhàn)劑等生物威脅物質(zhì)的檢測(cè)。4610.2.4免疫傳感器

免疫傳感器（ImmuneSensor）是一種將免疫分析與電化學(xué)傳感器技術(shù)相結(jié)合的新型生物傳感器，是一種利用抗原、抗體識(shí)別功能作為分子識(shí)別元件的生物傳感器。免疫傳感器的基本原理是免疫學(xué)反應(yīng)。471.免疫學(xué)基本概念（1）免疫（Immune）功能

指生物機(jī)體識(shí)別與清除外來(lái)入侵抗原以及體內(nèi)突變或衰老細(xì)胞，維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的功能。免疫是生物機(jī)體的保護(hù)性生理反應(yīng)。生物機(jī)體免疫具有自然免疫和獲得性免疫兩種類型。自然免疫也稱為主動(dòng)免疫，是指患者感染某些病毒產(chǎn)生相應(yīng)免疫反應(yīng)。獲得性免疫，也稱為特異性免疫或適應(yīng)性免疫，是生物機(jī)體在后天感染（包括病愈或無(wú)癥狀的感染）或人工預(yù)防接種（如菌苗、疫苗、類毒素、免疫球蛋白等）后獲得的抵抗感染能力。48（2）抗原抗原（Antigen，Ag）是指能誘導(dǎo)生物機(jī)體發(fā)生免疫應(yīng)答的物質(zhì)?？乖哂忻庖咴院头磻?yīng)原性兩種性質(zhì)。①免疫原性指抗原刺激機(jī)體產(chǎn)生適應(yīng)性免疫應(yīng)答，即抗原能刺激特定的免疫細(xì)胞，使免疫細(xì)胞活化、增殖、分化，最終產(chǎn)生免疫效應(yīng)物質(zhì)抗體和致敏淋巴細(xì)胞的特性。②反應(yīng)原性指抗原與其誘導(dǎo)產(chǎn)生的免疫應(yīng)答產(chǎn)物（抗體或致敏淋巴細(xì)胞）發(fā)生特異性結(jié)合的能力。根據(jù)來(lái)源的不同，抗原可以分為三種類型：天然抗原、人工抗原、合成抗原。49（3）抗體抗體（Antibody）是指機(jī)體由于抗原的刺激而產(chǎn)生的具有保護(hù)作用的特異性免疫功能的球蛋白，也稱為免疫球蛋白。（4）抗原抗體反應(yīng)

指抗原與抗體之間發(fā)生的特異性結(jié)合反應(yīng)。可發(fā)生于機(jī)體內(nèi)部，也可發(fā)生在機(jī)體外部。由于抗體主要存在于血清中，在抗原或抗體的檢測(cè)中多采用血清作試驗(yàn)，所以體外抗原抗體反應(yīng)也被稱為血清反應(yīng)?？乖贵w反應(yīng)具有四個(gè)顯著特點(diǎn)：特異性、比例性、可逆性、階段性。502.免疫傳感器類型劃分5110.3柔性生物傳感器10.3.1柔性生物傳感器概述1.柔性電子技術(shù)柔性生物傳感器（FlexibleWearableBiosensors）基于柔性電子（FlexibleElectronics）技術(shù)。

柔性電子技術(shù)是一種將有機(jī)、無(wú)機(jī)材料電子器件制作在柔性、可延性基板上的一門新興交叉科學(xué)技術(shù)，融合機(jī)械、材料、電子、化學(xué)、物理、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)學(xué)科門類，涉及精密制造、微納加工、表面科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)。522.柔性可穿戴傳感器

柔性可穿戴傳感器的發(fā)展始于20世紀(jì)60年代，具有柔軟、質(zhì)輕、便攜、可以直接貼合在人體皮膚或衣物上的性能優(yōu)勢(shì)，并且微型化、集成化程度高，當(dāng)前已被廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)健康、VR與AR游戲娛樂(lè)等領(lǐng)域。3.柔性可穿戴生物傳感器

屬于柔性可穿戴傳感器的重要分支，可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、持續(xù)、無(wú)創(chuàng)地監(jiān)測(cè)生物體的生理參數(shù)，例