摘要：所谓的生物传感器就是指依据电化学和生物化学的结合，将生物化学的反应信号利用信号转换器转换为电信号，光信号等，且生物传感器具有速度快，灵敏度高，正确性准的特点。当前我国生物传感器主要有以下几种，免疫传感器，酶传感器，组织传感器，微生物细胞传感器以及DNA传感器，而本文就基于这几种生物传感器及这几种生物传感器在食品生产，环境监测，发酵工业和生物医学方面的作用及研究进程进行了探析。
关键词：生物传感器；信息科学；发酵工业；食品工业；环境监测；农业生产
酶传感器作为早期使用范围最广的传感器，也由于其活性不稳定，性价比不高的原因，而逐渐被生活生产所淘汰。当下，随着生物信息工程的不断发展，微生物固定化技术不断深入，又产生了各种微生物传感器，利用微生物活体作为敏感原件，方便选择，而且其性价比高，灵敏度高，对于环境监测，发酵产业，食品产业及生物医学等方面具有十分光明应用前景。
1 生物传感器的工作原理
生物传感器主要由两部分构成，一是分子识别原件，二是信号转换器。分子识别原件主要是由多种生物活性物质构成，目的是用来识别目标检测物，使其产生物理或化学变化，而且分子识别元件也是生物传感器的选择性的基础构成。所谓的信号转换器，即换能器，换能器能够使由分子识别元件产生的物理或化学信号转换为可被检测的信号。当分子识别元件与被检测物信号相结合时，产生的物理或化学信号就能够通过换能器，将其变成电信号或光信号，进而对这些信号进行分析检测。特别注意的是，在设计生物传感器时，应该选择较敏感的原件，这有利于物理或化学变化的进一步检测以及转换[1]。
2 生物传感器的分类
2.1 按照生物物质进行分类
依照不同生物传感器的敏感分子及其识别原件不同，可以将生物传感器分为以下几种，包括细胞传感器，微生物传感器，免疫传感器，生物酶传感器和组织内液传感器。它们的敏感分子依次为细胞器，细胞器，抗原和抗体，生物酶和动植物组织液。
2.2 按照信号转换器分类
不同的生物传感器也有不同的信号转换器，就我国目前的生物传感器现状来说，可以分为半导体生物传感器，生物电极传感器和压电晶体生物换能传感器等，它们的换能器依次为半导体电极，电化学导电电极和压电晶体转换器等。
2.3 按照检测目的分类
生物传感器的被检测目标及生物识别原件也有所不同，这体现了生物传感器专一性特点。而就其检测目的的不同，可以将其分为生物组织亲和型，生物体代谢物质型，生物物质代谢催化型的传感器。
3 浅析生物传感器的应用领域
3.1 在食品产业中的应用
在食品产业中，生物传感器主要有以下几个方面的用途：检测食品新鲜度，控制食品添加剂，确定食品原料成分，检测食品物理及化学特性等。比如鱼的新鲜度就可以依照生物传感器来判断，一般情况下，鱼在降解过程中会产生次黄嘌呤，磷酸肌苷、和肌苷几种物质，利用生物传感器与这些物质的结合，得出鱼的新鲜程度。黄曲霉素对人类健康十分有危害，但是通过利用枯草杆菌，制成微生物传感器，使其对黄曲霉素中的B1进行检测，其检出限为0.8μg/mL，这种方式既简单又高效，安全性极高。而且还可以利用生物传感器对蓖麻毒素及肉毒杆菌毒素B等多种毒素进行检测。同时，生物传感器也可以对农作物上残留的农药及化学物质进行检测，从而保证了食品的安全，推动了食品产业的发展。
3.2 在环境监测中的应用
随着人口的日益增多，自然环境被破坏的程度也随之扩大，环境污染问题早就亟待解决，而生物传感器的出现，大大减轻了人们对环境的担忧。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如空气中的酸雨，酸雨的形成原因大多是因为工业化的发展以及汽车尾气的排放，传统处理二氧化硫的方法治标不治本，而随着生物传感器的出现，就可以将亚细胞类脂类物质固定于乙酸纤维膜上，同氧电极一起制成的生物传感器，这种生物传感器可谓是雾霾，酸雾，酸雨的克星，能够对它们的化学成分进行高效准确的分析，从而从根本上加以防治。
3.3 在医学领域的中应用
当前我国医疗水平大幅提升，而生物传感器在医学发展上有着不可或缺的作用。生物传感器在基础医学和临床诊断等方面，都有十分重要的作用，利用生物传感器的高效简便，灵敏度高，反应快速，专一性强的特点，医疗工程方面也有十分深远的前景。而且作为最早使用在临床诊断中的生物传感器，即酶传感器，能够对细菌，抗体和抗原，病毒和毒素等检测。
3.4 在发酵工业的中应用
传统的发酵工业的检测常以化学检测为主，相对于传统的化学检测方法，新型方法周期短，步骤简便，效率高，而且能够同被检测物质快速结合，生物传感器的出现大大解决了这个问题，而且被称为发酵工业的智能眼睛。比如利用谷氨酸脱羧酶对谷氨酸进行检测，将谷氨酸进行脱羧处理，同二氧化碳电极制成的生物传感器，其能快速测定发酵产品中谷氨酸的含量。利用这一原理，科学家制成了谷氨酸快速测定仪，已在发酵行业中普及应用。还有就是为了L型赖氨酸进行检测，就可以将L型赖氨酸氧化酶于明胶基质固定，再同氧电极结合，制成生物传感器，从而对食品中的L型赖氨酸进行检测。
3.5 在信息安全中的应用
对于网络信息化的今天，信息安全问题也是人们始终担心的一个问题。面对病毒侵害电子设备，黑客的故意攻击，传统解决这种问题的方法都是安装防火墙，设置应用访问权限及升级系统等，但是并不会有效地从根本上防止病毒攻击。但是随着新型生物传感器的出现，这一问题就被有效地解决了。比如日常生活中最常见的智能手机解锁过程，通过指纹识别，人脸识别，虹膜识别等，开门时的门禁人脸识别等，这些识别过程实则都是应用了生物传感器，将生物信号转换成了电信号。也正是由于生物传感器的出现，人们的信息生活的安全性得到了充分保障，为人们生活工作带来了安心。
4 浅析生物传感器的前景与展望
电子信息化的发展越来越迅速，而生物传感器也在其中扮演了十分重要的角色，主要表现在以下几个方面：
4.1 功能多样化
未来的生物传感器将会具有更多的功能，比如在食品安全，保护环境，疾病诊断，军事国防，气候变化，日常生活等各个领域，都会发挥重要作用。
4.2 大众化
在未来生物传感器会逐渐走进千家万户，体积小，功能大，这种微型化的生物传感器会应用在家中，如自行进行疾病诊断，买回来的蔬菜进行农药残留检查等。
4.3 高智能化
随着计算机信息化的发展，生物传感器在未来必将同计算机相结合并共同发展，由生物传感器采集收集数据，计算机分析处理数据，形成采集分析呈现一体化，将生物传感器的智能化发挥到极致。
4.4 高灵敏度化
虽然生物传感器应用范围已经很广了，但是当下的传感器灵敏度不高，结果呈现可能不够精确，但相信随着生物传感器技术的不断深入，生物传感器的灵敏度将会越来越高，降低分析误差。
5 结语
生物传感器的产生与发展都必将离不开生物计算机，生物芯片，生物信息学，生物控制及生物材料学等方面的知识，而多样化，大众化，智能化，灵敏化将是生物传感器的未来发展方向。在未来，生物传感器的广泛应用将会进一步拓展，从而为人类造福。
参考文献
[1]何原子,丁春华,肖宇,姜宏,张松.纳米Au修饰煤基活性炭固载葡萄糖氧化酶生物传感器的研究[J].现代化工,2020,40(01):129-133.
[2]陆娟,王月,胡玥,吴可心,田利.碳量子点@纳米Co_(3)O_(4)生物传感器检测人血清中尿酸[J/OL].分析试验室:1-7[2020-02-17].https://doi.org/10.13595/j.cnki.issn1000-0720.2019.090801.
[3]粟元,李舒婷,许文涛.气体生物传感器的应用研究进展[J].生物技术进展,2019,9(06):627-632.
作者简介：侯博，1994年12月，男，汉，陕西陇县人，研究生学历 研究方向：生物化学分析.
论文作者:侯博,
论文发表刊物:《科学与技术》2019年18期
论文发表时间:2020/4/28
标签：传感器论文; 生物论文; 信号论文; 谷氨酸论文; 电极论文; 原件论文; 食品论文; 《科学与技术》2019年18期论文;