1.茂名出入境检验检疫局，广东 茂名 525011；2.信宜市人民医院，广东 信宜 525300
摘 要：本文主要概括分析了生物传感器，进而对在传染病检测中生物传感器的具体应用进行了深度的分析与研究。从而能够更加有效地把握生物传感器的功能优势，将其更为合理的应用到传染病检测当中，实现传染病检测技术综合水准的提升。
关键词：生物传感器；传染病检测；具体应用
前言：
随着传统传染病的复发与新发传染病的交替性传播，给国民的身心健康带来了众多的威胁，严重影响了我国国民生活的质量与社会的安定发展。为了实现对传染病的早期诊断，有效地控制传染病的传播，我国逐渐提高了对传染病检测技术的重视程度。基于生物传感器具有专一性强、分析速度快、准确度高、操作系统比较简单等特点，生物传感器在传染病检测中发挥着越来越大的作用。对生物传感器及其在传染病检测中的具体应用进行深度的研究，可以有效地发挥生物传感器的功能优势，提高我国传染病检测的综合水准。
1、概述生物传感器
1.1 生物传感器的基本原理
用固定化生物成分或生物体作为敏感元件的传感器称为生物传感器（biosensor），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。其主要是由固定化的生物敏感材料为主要的识别元件（包括核酸、组织、细胞、微生物、抗原、抗体及酶等生物活性物质）、适当的理化换能器（如压电晶体、场效应管、光敏管、氧电极等）、信号放大装置等所组成的分析系统或工具。待测样品中被分析物经扩散后进入固定化生物功能膜层，通过固定化生物功能分子对待测分子的识别作用发生生物或化学反应，引起某些物理量或化学量的变化，这些信息的变化经物理、化学及其它换能器转变成可定量和可处理的信号，并经信号放大器放大后输出，从而得出待测物的分析量 。
1.2 生物传感器的主要类型
生物传感器按所用分子识别元件的不同，可分为组织传感器（tissuesensor）、细胞传感器（organallsensor）、免疫传感器(immunolsensor)、微生物传感器(microbialsensor)、酶传感器（enzymesensor）等,所应用的敏感材料依次为动植物组织、细胞器、抗原和抗体、微生物个体、酶；按信号转换元件的不同，可分为生物电极（bioelectrode）传感器、半导体生物传感器（semiconductbiosensor）、光生物传感器（opticalbiosensor）、热生物传感器（calorimetricbiosesor）、压电晶体生物传感器（piezoelectricbiosensor）等，换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。
2、探究在传染病检测中生物传感器的具体应用
2.1 电化学生物传感器
电化学生物传感器，其主要是把电极（气敏性电极、离子的选择性电极、固体电极等）为生物的活性材料与能量的转换元件相结合的一类生物传感器。在一定程度上，该类生物传感器主要应用于电极的介质上以形成相关的化学反应，把被测的介质化学信号有效地转变成为电信号，并以阻抗、电势、电流的变化来进行详尽记录的传感器。其是我国目前发展起步较早的一类生物传感器，也是技术相对较为成熟的生物传感器。电化学生物传感器可以直接识别碱基序列并区别单碱基错配序列，在传染病的基因诊断中得到越来越多的应用。Chen等 用两条辅助探针杂交串联引发远程自组装的机制，构建了一种能够增强信号的一维DNA纳米复合结构。基于此 DNA纳米结构的传感器可用于复杂生物样品中的人类免疫缺陷病毒（HIV）DNA超灵敏检测，检测限为5aM。Grabowska 等建立了双基因传感器，这种传感器将两条分别修饰有二茂铁和甲基蓝的单链DNA探针通过Au-S键固定于金电极表面，通过“信号关”和“信号开”两种模式产生两种分析信号，可同时测定禽流感病毒H5N1中血球凝集素的DNA序列和神经氨酸苷酶的DNA序列。电化学生物传感器在细菌及病毒类传染病的诊断方面也具有广阔的应用前景。Pandey等 利用1-氯-2-硝基-4-叠氮苯修饰的十八硫醇自组装单层膜制备的电化学生物传感器，能够快速灵敏检测大肠杆菌，反应时间仅需60s。除此之外，金纳米粒子修饰的氧化铟锡镀膜玻璃电极可用于固定抗体片段，基于此组装的电化学生物传感器可用于无标记检测人类缺陷病毒HIV-1 。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电化学生物传感器开辟了电化学与分子生物学研究的新领域，为传染病检测技术的研究提供了一种全新方法，通过电化学生物传感器在传染病检测中的有效运用，不仅能够有效地提升传染病检测技术的灵活性，还能够提高检测的精准度，具有一定的应用价值。
2.2 光学生物传感器
光学生物传感器，其主要是由传统的物理性传感器为基础而研发出来的。它把分子识别的元件与检测物相互作用所产生的化学信号转化为可识别的计量性光信号。根据实际的用途可以将其分为荧光性原理的生物传感器与表面等离子体共振性生物传感器。光学生物传感器是目前研究和应用最为广泛，也是发展较快的传感器类型之一，其优点是灵敏度高、响应快速、抗电磁干扰强 ，同时能够实现对超微量底物的检测。目前，已经应用的商业化光学免疫层析分析仪，以免疫层析试纸条为检测对象，通过对试纸条上质控带和检测带信号的精确检测，可获得滴加在其上的样品的浓度，具有灵敏度高、检测速度快（生物反应时间＜15min,检测时间＜20s）、体积小、成本低等优点，在传染病的快速检测中发挥着越来越重要的作用。中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室已经研制出光纤生物传感器原理样机，在实验条件下，对鼠疫F1抗原、炭疽芽孢进行检测，检测限分别达到50ng/ml、4×10 CFU/ml。光学生物传感器在传染病检测中的应用，不仅能够有效地提高传染病检测的准确性，而且能够大大缩短传染病检测的时限，为及时有效地做出传染病防控措施提供可靠的实验室支持。
2.3 压电生物传感器
压电生物传感器是将生物化学反应的高选择性和压电石英晶体对质量变化的灵敏性结合在一起而形成的一种新型生物传感器，其优点是仪器构造简单、体积小、反应速度快、无需任何标记即可完成操作。我国压电生物传感器在传染病中的应用不仅可用于检测食物及饮用水中的所有肠道细菌 ，还可用于艾滋病病毒、白色念珠菌等检测，同时针对冠状病毒的诱导性马多克隆抗体予以检测，能够与频移的同抗原抗体浓度呈现线性关系，实现更为快速、稳定、精准的检测分析。压电生物传感器在传染病检测中的有效运用，可谓是开启了我国传染病检测技术高效发展的新篇章，让我国的传染病检测技术又迈向了新的发展台阶。
3、结语与展望
生物传感器是用生物活性材料（生物膜、DNA、抗原、抗体、蛋白质和生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展传染病检测技术的一种先进检测方法。近年来随着各种新材料和新技术的引进，生物传感技术也得到了飞速发展。然而，当前生物传感器的研究绝大多数还处在基础研究阶段，研发高特异性、高灵敏度、高通量、低成本的生物传感器是当前及今后的重点研究方向。对生物传感器进行深度的研究，并将其合理地运用到传染病检测当中，可以凸显出生物传感器的应用价值，不断地提升我国传染病检测技术的综合水准，为传染病的预防控制提供有力的技术保障。
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论文作者:周聪 ，周劲
论文发表刊物:《医师在线》2018年2月上第3期
论文发表时间:2018/5/4
标签：传感器论文; 生物论文; 传染病论文; 电化学论文; 电极论文; 信号论文; 有效地论文; 《医师在线》2018年2月上第3期论文;