新型生物传感器专用材料在沪诞生(一些关于传感器的提问)

区分肿瘤良莠，打一针就知道。2003年12月下旬，一种能在人体内自由穿梭的新型生物传感器专用材料，在华东理工大学和上海第二医科大学附属瑞金医院联合攻关下诞生，并于日前通过了上海市科委组织的专家鉴定。

科研人员努力攻关的是一种由有机化合物制成的纳米级材料，直径仅为一米的十亿分之一。尽管不溶于水，但由于颗粒足够纤细，它们完全可以像药水一样顺着注射器“流”入人体血管，充当传感器的“神经”。

与人们熟知的核磁共振不同，能够遥控这些“神经”的新型生物传感器，利用的是一种重要的生理指标——生物体内的氧信号。通常，正常组织中的氧浓度约为1％至2％，长了肿块的部位比2％略高，而如果是恶性肿瘤，这一数字则要接近3％。“借助这种微小差别，传感器就能轻而易举地进行肿瘤普查，代替医生‘写’一份详尽而准确的病理报告。”项目负责人、华东理工大学分析测试中心主任蓝闽波教授如是说。

除了用于日常体检，新型生物传感器还可对重症病人进行长期监测，及时更新病情记录。据悉，该项由上海纳米专项基金和教育部跨世纪优秀人才基金共同资助的项目，已经申请了国家专利。

一些关于传感器的提问

什么叫传感器？从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原理。③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（还有人曾将传感器分46类）。下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。

一 温度传感器及热敏元件
温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。

1 半导体热敏电阻的工作原理
按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。
⑴ 正温度系数热敏电阻的工作原理
此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点’ 一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3～440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。

⑵ 负温度系数热敏电阻的工作原理
负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60～300℃）、中温（300～600℃）、高温（>600℃）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。
热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测千分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测温计，能完成高精度的温度测量。普通用途热敏电阻工作温度为-55℃～+315℃，特殊低温热敏电阻的工作温度低于-55℃，可达-273℃。

2 热敏电阻的型号
我国产热敏电阻是按部颁标准SJ1155-82来制定型号，由四部分组成。
第一部分：主称，用字母‘M’表示 敏感元件。
第二部分：类别，用字母‘Z’表示正温度系数热敏电阻器，或者用字母‘F’表示负温度系数热敏电阻器。
第三部分：用途或特征，用一位数字（0-9）表示。一般数字‘1’表示普通用途，‘2’表示稳压用途（负温度系数热敏电阻器），‘3’表示微波测量用途（负温度系数热敏电阻器），‘4’表示旁热式（负温度系数热敏电阻器），‘5’表示测温用途，‘6’表示控温用途，‘7’表示消磁用途（正温度系数热敏电阻器），‘8’表示线性型（负温度系数热敏电阻器），‘9’表示恒温型（正温度系数热敏电阻器），‘0’表示特殊型（负温度系数热敏电阻器）
第四部分：序号，也由数字表示，代表规格、性能。
往往厂家出于区别本系列产品的特殊需要，在序号后加‘派生序号’，由字母、数字和‘-’号组合而成。
例： M Z 1 1
序号
普通用途
正温度系数热敏电阻器
敏感元件
3 热敏电阻器的主要参数
各种热敏电阻器的工作条件一定要在其出厂参数允许范围之内。热敏电阻的主要参数有十余项：标称电阻值、使用环境温度（最高工作温度）、测量功率、额定功率、标称电压（最大工作电压）、工作电流、温度系数、材料常数、时间常数等。其中标称电阻值是在25℃零功率时的电阻值，实际上总有一定误差，应在±10%之内。普通热敏电阻的工作温度范围较大，可根据需要从-55℃到+315℃选择，值得注意的是，不同型号热敏电阻的最高工作温度差异很大，如MF11片状负温度系数热敏电阻器为+125℃，而MF53-1仅为+70℃，学生实验时应注意（一般不要超过50℃）。
4 实验用热敏电阻选择
首选普通用途负温度系数热敏电阻器，因它随温度变化一般比正温度系数热敏电阻器易观察，电阻值连续下降明显。若选正温度系数热敏电阻器，实验温度应在该元件居里点温度附近。
例MF11普通负温度系数热敏电阻器参数

主要技术参数名称 参数值 MF11热敏电阻符号外形图
标称阻值（kΩ） 10～15 片状外形符号
额定功率 （W） 0.25
材料常数B范围（k） 1980～3630
温度系数（10-2/℃） -（2.23～4.09）
耗散系数（mW/℃） ≥5
时间常数（s） ≤30
最高工作温度（℃） 125

粗测热敏电阻的值，宜选用量程适中且通过热敏电阻测量电流较小万用表。若热敏电阻10kΩ左右，可以选用MF10型万用表，将其挡位开关拨到欧姆挡R×100，用鳄鱼夹代替表笔分别夹住热敏电阻的两引脚。在环境温度明显低于体温时，读数10.2k ,用手捏住热敏电阻，可看到表针指示的阻值逐渐减小；松开手后，阻值加大，逐渐复原。这样的热敏电阻可以选用（最高工作温度100℃左右）。
新教材热敏特性实验如图：

应将热敏电阻封装后再放入水中。最简单的封装是用长电工朔料套管，也可密封于类似的圆珠笔杆内。
下面是实测的一组数据。
编号 温度（℃） 电阻值（k）
1 15 14 R=R0expB（T-1-T0-1）T0=25+273KB：材料及结构常数（B是温度的函数）R0：标准温度T0时阻值
2 20 11
3 25 9．9
4 30 9．2
5 35 8．5
6 40 7．8

几种实用测温传感器
a空调内专用温控传感器：热敏元件封在铜金属官中。
b 气温测量传感器

二 光传感器及光敏元件
光传感器主要由光敏元件组成。目前光敏元件发展迅速、品种繁多、应用广泛。市场出售的有光敏电阻器、光电二极管、光电三极管、光电耦合器和光电池等。
1 光敏电阻器
光敏电阻器由能透光的半导体光电晶体构成 ，因半导体光电晶体成分不同，又分为可见光光敏电阻（硫化镉晶体）、红外光光敏电阻（砷化镓晶体）、和紫外光光敏电阻（硫化锌晶体）。当敏感波长的光照半导体光电晶体表面，晶体内载流子增加，使其电导率增加（即电阻减小）。
光敏电阻的主要参数：
◆光电流 、亮阻：在一定外加电压下，当有光（100lx照度）照射时，流过光敏电阻的电流称光电流；外加电压与该电流之比为亮阻，一般几kΩ～几十kΩ。
◆暗电流、暗阻：在一定外加电压下，当无光（ 0 lx照度）照射时，流过光敏电阻的电流称暗电流；外加电压与该电流之比为暗阻，一般几百kΩ～几千kΩ以上。
◆最大工作电压：一般几十伏至上百伏。
◆环境温度：一般-25℃至 +55℃，有的型号可以-40℃至+70℃。
◆额定功率（功耗）：光敏电阻的亮电流与外电压乘积；可有5mW至300mW多种规格选择。
◆光敏电阻的主要参数还有响应时间、灵敏度、光谱响应、光照特性、温度系数、伏安特性等。
值得注意的是，光照特性（随光照强度变化的特性）、温度系数（随温度变化的特性）、伏安特性不是线性的，如以CdS（硫化镉）光敏电阻的光阻有时随温度的增加而增大，有时随温度的增加又变小。
硫化镉光敏电阻器的参数：
型号规格 MG41-22 MG42-16 MG44-02 MG45-52
环境温度（℃） -40～+60 -25～+55 -40～+70 -40～+70
额定功率（mW） 20 10 5 200
亮阻，100lx（kΩ） ≤2 ≤50 ≤2 ≤2
暗阻， 0lx（MΩ） ≥1 ≥10 ≥0.2 ≥1
响应时间 （ms） ≤20 ≤20 ≤20 ≤20
最高工作电压（v） 100 50 20250

部分类型CdS光敏电阻符号及外形图

2 光电二极管

和普通二极管相比，除它的管芯也是一个PN结、具有单向导电性能外，其他均差异很大。首先管芯内的PN结结深比较浅（小于1微米），以提高光电转换能力；第二PN结面积比较大，电极面积则很小，以有利于光敏面多收集光线；第三光电二极管在外观上都有一个用有机玻璃透镜密封、能汇聚光线于光敏面的“窗口”；所以光电二极管的灵敏度和响应时间远远优于光敏电阻。

常见的几种光电二极管及符号如下：
2DU有前极、后极、环极三个极。其中环极是为了减小光电二极管的暗电流和增加工作稳定性而设计增加的，应用时需要接电源正极。光电二极管的主要参数有：最高工作电压（10～50V）,暗电流（≤0.05～1微安），光电流（＞6～80微安），光电灵敏度、响应时间（几十ns～几十μs）、结电容和正向压降等。
光电二极管的优点是线性好，响应速度快，对宽范围波长的光具有较高的灵敏度，噪声低；缺点是单独使用输出电流（或电压）很小，需要加放大电路。适用于通讯及光电控制等电路。
光电二极管的检测可用万用表R×1K挡，避光测正向电阻应10KΩ～200 KΩ，反向应∞，去掉遮光物后向右偏转角越大，灵敏度越高。
光电三极管可以视为一个光电二极管和一个三极管的组合元件，由于具有放大功能，所以其暗电流、光电流和光电灵敏度比光电二极管要高得多，但结构原因使结电容加大，响应特性变坏。广泛应用于低频的光电控制电路。
常见的光电三极管形状及符号如下：

半导体光电器件还有MOS结构，如扫描仪、摄象头中常用的CCD（电荷耦合器件）就是集成的光电二极管或MOS结构的阵列。

三 气敏传感器及气敏元件
教材仅要求简单的热敏电阻和光敏电阻特性实验。由于气体与人类的日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。例如生活环境中的一氧化碳浓度达0.8～1.15 ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥等状态，达1.84ml/L时则有在几分钟内死亡的危险，因此对一氧化碳检测必须快而准。利用SnO2金属氧化物半导体气敏材料，通过颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒，并以此为基体掺杂一定催化剂，经适当烧结工艺进行表面修饰，制成旁热式烧结型CO敏感元件，能够探测0.005%～0.5%范围的CO气体。还有许多易爆可燃气体、酒精气体、汽车尾气等有毒气体的进行探测的传感器。常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。电化学气敏传感器一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点，应用极其广泛；下面重点介绍半导体气敏传感器及其气敏元件。
半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增大。象SnO2金属氧化物半导体气敏材料，属于N型半导体，在200～300℃温度它吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当遇到有能供给电子的可燃气体（如CO等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面；氧脱附放出电子，可燃行气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密度增加，电阻值下降。可燃性气体不存在了，金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。这就是半导体气敏元件检测可燃气体的基本原理。
目前国产的气敏元件有2种。一种是直热式，加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内；旁热式气敏元件以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成。
气敏元件的参数主要有加热电压、电流，测量回路电压，灵敏度，响应时间，恢复时间，标定气体（0.1%丁烷气体）中电压，负载电阻值等。QM-N5型气敏元件适用于天然气、煤气、氢气、烷类气体、烯类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气、烟雾等的检测，属于N型半导体元件。灵敏度较高，稳定性较好，响应和恢复时间短，市场上应用广泛。QM-N5气敏元件参数如下：标定气体（0.1%丁烷气体，最佳工作条件）中电压≥2V，响应时间≤10S，恢复时间≤30S，最佳工作条件加热电压5V、测量回路电压10V、负载电阻RL为2K，允许工作条件加热电压4.5～5.5V、测量回路电压5～15V、负载电阻0.5～2.2K。下图为气敏元件的简单测试电路（组成传感器），电压表指针变化越大，灵敏度越高；只要加一简单电路可实现报警。常见的气敏元件还有MQ-31（专用于检测CO），QM-J1酒敏元件等。

四 力敏传感器和力敏元件
力敏传感器的种类甚多，传统的测量方法是利用弹性材料的形变和位移来表示。随着微电子技术的发展，利用半导体材料的压阻效应（即对其某一方向施加压力，其电阻率就发生变化）和良好的弹性，已经研制出体积小、重量轻、灵敏度高的力敏传感器，广泛用于压力、加速度等物理力学量的测量。

五 磁敏传感器和磁敏元件
目前磁敏元件有霍尔器件（基于霍尔效应）、磁阻器件（基于磁阻效应：外加磁场使半导体的电阻随磁场的增大而增加。）、磁敏二极管和三极管等。以磁敏元件为基础的磁敏传感器在一些电、磁学量和力学量的测量中广泛应用。
在一定意义上传感器与人的感官有对应的关系，其感知能力已远超过人的感官。例如利用目标自身红外辐射进行观察的红外成像系统（夜像仪），黑夜中可1000米发现人，2000米发现车辆；热像仪的核心部件是红外传感器。1991年海湾战争中，伊拉克的坦克配置的夜视仪探测距离仅800米，还不及美英联军的一半，黑暗中被打得惨败是必然的。目前世界各国都将传感器技术列为优先发展的高新技术的重点。为了大幅度提供传感器的性能，将不断采用新结构、新材料和新工艺，向小型化、集成化和智能的方向发展。

精神感应框架，生物传感器，生物电脑 有什么区别

AI人工智能无疑是刚刚过去的2016年最热门的科技话题了。从年初的AlphaGo大战李世石，到今天的棋圣聂卫平败于54连胜的神秘Master，以致于人们不得不怀疑是一个新诞生的AI狗。人工智能已经真真切切地走进了我们的世界，可穿戴设备、智能感知的应用研究也将生物传感器推到了前台。

生物传感器

生物传感器是一种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。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。

生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成：

以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础。主要有酶、抗体、核酸、DNA、细胞受体和完整细胞等。

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），主要有电化学器件、光学器件、热敏器件、声波器件、压敏器件等。

生物传感器原理图

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。

生物传感器实现以下三个功能：

感受：提取出动植物发挥感知作用的生物材料，包括：生物组织、微生物、细胞器、酶、抗体、抗原、核酸、DNA等。实现生物材料或类生物材料的批量生产，反复利用，降低检测的难度和成本。

观察：将生物材料感受到的持续、有规律的信息转换为人们可以理解的信息。

反应：将信息通过光学、压电、电化学、温度、电磁等方式展示给人们，为人们的决策提供依据。

生物传感器的分类

根据生物传感器中的分子识别元件和换能器（信号转换器）的不同，可以从这两个方面对生物传感器分类：

按分子识别元件分：

酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、组织传感器、免疫传感器。

酶传感器

是由酶催化剂和电化学器件构成的。由于酶是蛋白质组成的生物催化剂，能催化许多生物化学反应，生物细胞的复杂代谢就是由于成千上万的酶控制的。酶的催化效率极高，而且具有高度专一性，即能对待测生物量（底物）进行选择性催化，并且有化学放大作用。因此利用酶的特性可以制造出高灵敏度、选择性好的传感器。

微生物传感器

用微生物作为分子识别元件。与酶相比，微生物更经济、耐久性也好。

免疫传感器的基本原理是免疫反应。 利用抗体能识别抗原结合的功能的生物传感器称为免疫传感器。

生物组织传感器

是以活的动植物组织细胞切片作为识别元件，并与相应的变换元件构成的传感器。

生物组织传感器具有如下一些特点：

1) 生物组织含有丰富的酶类，这些酶在适宜的自然环境中，可以得到相当稳定的酶活性，许多组织传感器工作寿命比相应的酶传感器寿命长很多；

2) 在所需要的酶难以提纯时，直接利用生物组织可以得到足够高的酶活性；

3) 组织识别元件制作简便，一般不需要采用固定化技术。

细胞器电极传感器

是利用动植物细胞器作为敏感元件的传感器。细胞器是指存在于细胞内的被膜包围起来的微小“器官”,如线粒体、微粒体、溶酶体、过氧化氢体、叶绿体、氢化酶颗粒、磁粒体等等。

按转换器件分类：

生物电极、压电晶体生物传感器、半导体生物传感器、光生物传感器、热生物传感器、介体生物传感器。

半导体生物传感器

是由生物分子识别器件（生物敏感膜）与半导体器件结合构成的传感器。目前常用的半导体传感器是半导体光电二极管、场效应管（FET）等。

半导体生物传感器的特点有：

1) 构造简单，便于批量生产，成本低；

2) 它属于固态传感器，机械性能好，抗震性能好，寿命长；

3) 输出阻抗低，便于与后续电路匹配；

4) 可在同一芯片上集成多种传感器，可实现多功能、多参数与计算机的基础。

压电晶体生物传感器

利用压电石英晶体对表面电极区附着质量的敏感性，并结合生物功能分子(如抗原和抗体)之间的选择特异性，使压电晶体表面产生微小的压力变化，引起其振动频率改变可制成压电生物传感器 。它主要由压电晶体、振荡电路、差频电路、频率计数器及计算机等部分组成。

生物传感器的应用

生物传感器在医学领域的应用

中医针炙传感针

基于中医针炙针的传感针是以中医针灸针为基体， 传感人体微区中的温度、pH值、氧分压、多巴胺，Ca2+,K+,Na+等信息的新功能而得的一种特殊传感针。

既能实时传感出人体微区中各种生理、生化参数，并进行人体微区的动态监测，又能按中医针刺的实施治病理疗法。

传感针是以普通针灸针(或根据应用学科的具体外形要求用外直径为0.3~ 0.4mm的空心不锈钢竹)作为基体加工而成 的。

一般制备过程为:对针灸表面进行清洁处理或用处理液浸泡；针尖上镀相应的合金和相应参数的敏感膜，然后再覆盖上有机高分子功 能保护的材料;针体镀绝缘膜，使之有耐、提、插、捻、转的机械作用，这一点是由它的传感和治疗双重功能决定的;用戊二醛消毒液消毒;

根据不同的参数特性配上相应的测量仪，进行直接读数;在实验室 经过反复浸泡、冲洗实验并进行动物实验，使它们的主要性能指标(如线性范围、响应时间、分辨率、零点漂移、寿命等)达到要求标准。

目前己制成的有温度传感针、氧分压传感针、pH传感针、Ca2+传感针和多巴胺传感针等。

此外，还可研制离了生物传感针，如K+传感针、N a+传感针、中枢神经递质传感针、酶传感针、抗体传感针、受体传感针、激素传感针、DNA传感针、RNA传感针，并进而研制多参数、微型化与智能化的传感针。

生物芯片

国外正在开发半导体生物传感器，它包括一个参考电极和一个PH值量子场效应品体管感应膜，膜上固定有酶和微生物，当固定酶和微生物分别与待测物反应时，PH值发生变化，那么输出的电流或电压就可测定，这就完成了对参加反应的化学物质的定量分析。如果把这些信号同计算机输人端联接，按一定的软件程序，那么，可开发生物模拟计算机。

医用生物传感器

随着生物传感技术的发展，在医疗器械范围内开辟出更多专业的领域。从病毒和疾病检测到康复和药物剂量等。以下的一些生物传感器装置，可能会在医疗领域产生巨大显著的影响。

葡萄糖监测

因为研究人员寻求开发可穿戴式生物传感器，可以通过皮肤上的汗水监测患者的葡萄糖水平，生物传感技术很可能成为糖尿病患者不同人生的制造者。

德克萨斯大学达拉斯分校已经开发出一种大约25美分尺寸大小的传感器，可以检测汗液中的皮质醇，并提供来自周围汗液的实时数据（所显示的）。

一种可以集成到微流控芯片中的光纤葡萄糖传感器， 可以测量血糖水平的廉价便携式设备。最近，我们看到了各种不同的技术，都是旨在提供一种较少侵入性的葡萄糖监测方法，甚至纹身形式的传感技术——所有需要做的就是扎一下手指头，就结束了。有了这些新技术，这些传感器的实体可能比以往任何时候都更接近我们。

检测DNA突变

新的电石墨烯生物传感器芯片可能是第一种被用作生物医学植入物，可以实时读取和检测DNA突变的芯片。 一种廉价的生物传感器技术，可以高分辨率检测人类基因突变，并能把数据无线传输到移动设备上。

该技术可以引领全新一代的诊断方法和个性化治疗，因为生物传感器芯片可用于进行活检和详细的DNA测序。由于芯片连接到石墨烯晶体管，它使芯片能够以电子方式运行——使其成为第一个将动态DNA纳米技术与高分辨率电子传感相结合的产品。

疾病诊断

一种新的生物传感器能够检测出与神经退行性疾病以及几种不同类型癌症相关的特定分子。该装置被设计为在与谷胱甘肽S-转移酶接触时反应，谷胱甘肽S-转移酶是一种与帕金森氏病、阿尔茨海默病、乳腺癌和其他疾病相关的酶。

该装置是玻璃载片上的有机纳米级晶体管，使用纳米级系统识别特定分子，可以被用来快速和安全地诊断复杂疾病。

该装置的便携性和低成本使其适用于任何实际的生活环境中，并且可以经过调整改进用于检测与不同疾病相关的其他物质或分子。该团队最终计划创建一个基于纸张的生物传感器，尽可能的进一步改善便携性和成本费用。

病毒检测

生物感测技术可以在病毒检测中发挥重要作用。 一种新的纳米生物传感器，可以在短短2至3小时内检测到各种不同的病毒。

传统的测试方法可能需要一到三天才能完成，然而，这种新的生物传感器使用增频转换发光共振能量转移（LRET）用于液相系统中的超灵敏病毒检测。

该技术的设计和操作简单，并且不需要使用任何昂贵的设备或专业技能。该技术还被设计用于识别几乎任何已知的目标病毒的基因序列。迟早，这个技术甚至可以经过调整改进用于在单个测试平台上识别多种流感病毒。

药物剂量

通过精确施药引领新的个性化治疗的发展， 一种新型的生物传感芯片，一厘米大小的正方形设备包含了一个电路，一个控制单元和一个无线电传输模块，一旦植入体内后，允许芯片读取信息，并跟大量的化合物做出反应。

该芯片将允许医生监测药物对新陈代谢系统影响的实时效果，这个成就可以引领全新一代的个性化治疗和精确疗法。 这个生物传感芯片可以测量pH值，温度和代谢相关分子如葡萄糖和胆固醇的。

脑损伤检测

脑损伤已经成为医学世界中的一个重要问题，特别是在运动医学领域中。来自约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins）的心脏病学专家和工程师一直想利用生物传感技术，在发生严重的脑损伤时来警示提醒医生，特别是在心脏手术中。两组人合作开发了一种指甲大小的生物传感器，可以检测与脑损伤相关的特定蛋白质。

作为心脏手术的结果，儿童往往很多时候会出现神经发育的问题，最近的研究表明，多达40％的进行心脏手术的婴儿患者在核磁共振成像扫描（MRI）中出现脑部异常。

这个新的传感器平台经过设计，可以识别作为脑损伤生物标记的特定蛋白质，并且最终可以在手术室外使用，为运动员和事故受害者快速检测和诊断脑损伤。

监测康复患者

生物感应技术用于使用轮椅或假肢的康复病人。研究人员计划进行各种不同的研究，利用生物传感技术，以临时纹身和智能手表的形式收集数据，并监测具体康复设备和锻炼的效果。

该研究将观察患者在家里使用的反应如何，以及如何应对康复设备和锻炼，以便开发能够使用生物传感器信息的软件，支持那些选择在家中进行康复的患者。这个研究的目的是使用这些技术提供的信息来改善患者治疗，以及改善家用康复设备的设计和功能。

生物传感器在非传统医学领域的应用

环境监测的应用

传统的环境监测通常采用离线分析方法，操作复杂，所需仪器昂贵，且不适宜进行现场快速监测和连续在线分析。随着环境污染问题日益严重，生物传感器在建立和发展连续、在线、快速的现场监测体系中发挥着重要作用。

1） 水质监测

生化需氧量(BOD)是衡量水体有机污染程度的重要指标，BOD的研究对于水质监测及处理都是非常重要的此研究也成为水质检测科技发展的方向。

BOD的传统标准稀释法所需时间长，操作繁琐，准确度差，BOD传感器不仅能满足实际监测的要求，并具有快速、灵敏的特点。 随着BOD快速测定研究的不断深入，研究发现BODst(快速BOD测定值)还可作为在线监测生物处理过程的一个重要参数 。

2）大气质量监测

生物传感器可监测大气中的CO2，NO ，NH3及CH,等。Antonelli M等人 采用地衣组织研制了一种传感器，有望用于对大气、水和油等物质中苯的浓度的监测。用多孔渗透膜、固定化硝化细菌和氧电极组成的微生物传感器，可测定样品中亚硝酸盐含量，从而推知空气中NO 的浓度，其检测极限为1 xl0 mol／L。

在食品工程中的应用

食用牛肉很容易被大肠杆菌0157. H7.所感染，因此需要快速、灵敏的方法检测和防御大肠杆菌0157. H7.一类的细菌。 生物传感器可以直接测量102CFU(菌落形成单位)的大肠杆菌0157. H7.。

检测病原体之后即可以将它分离到培养基上生长。从检测出病原体到从样品中重新获得病原体并使它在培养基上独立生长总共只需1天时间，而传统方法需要4天。

还有一种快速灵敏的免疫生物传感器可以用于测量牛奶中双氢除虫菌素的残余物。它是基于细胞质基因组的反应，通过光学系统传输信号，己达到的检测

极限为16. 2nd/ mL。

在军事领域的应用

生物传感器在化学、生物战剂的侦检方面具有独特的优势。生物传感器已应用于监测多种细菌、病毒及其毒素(如炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶尔森菌、埃博拉出血热病毒、肉毒杆菌类毒素等) ， 在化学战剂检测中研究和使用最多的是乙酰胆碱脂酶传感器。

20世纪5O年代，就有人设计了沙林毒剂的酶检测方法，可检出0．1—0．5×10 的沙林，这一方法至今仍被国际上普遍用于神经性毒剂侦毒包和报警器中。

结语：

生物传感器可以取代常规的化学分析方法，因此，它的出现可以说是一场技术革命。人类基因组计划的实施大大加速了与生物学、医学、信息学等学科息息相关的各类新型生物传感器的发展，这给当前生物传感器的研究提供了前所未有的发展机遇。

生物传感器作为多学科交叉的高科技领域，如何组织各方面的科技力量和财力、物力来推动这一高科技领域在我国的发展，不仅是对生物、信息、物理、化学、医学、微电子、材料等相关领域中科技人员的挑战，也是有关行政管理部门面临的一个课题。

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