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1、生物检测-生物传感器生物传感器Biosensor l生物传感器是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。l具有接受器与转换器的功能。生物传感器的基本结构共同的结构：l一种或数种相关生物活性材料（生物膜-生物 分子识别元件 ）l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）l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。生物传感器的特点l酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生 物膜、抗原膜、抗体膜等对生物物质的分 子结构具有选择性识别功能 ，只对特定反 应起催化活化作用，因此生物传感器具有 非
2、常高的选择性。l缺点是生物固化膜不稳定。生物传感器分类根据生物传感器中分子识别元件不同可分 为5类：l酶传感器（enzymesensor）l微生物传感器（microbial sensor）l细胞传感器（organall sensor）l组织传感器（tis-sue sensor）l免疫传感器（immunol sensor）显而易见，所应用的敏感材料依次为酶、微 生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体 。 应用-BOD生物传感器 l常规的BOD 测定需要4d 的培养期。它操作 复杂、耗时耗力且干扰性大，不宜现场监 测。lBOD生物传感器将微生物（丝孢酵母 Trichosporon cutaneu
3、m）吸附在多孔膜上 ，将带有菌体的多孔膜再置于氧电极的 Teflon膜上 ，水中有机化合物透过多孔性 膜被固定化的微生物所利用，而耗氧。检 测时间只需几分钟至半小时。 BOD生物传感器 和传统的BOD培养装置应用及原理l测量氨、硝酸盐、硫化物、磷酸盐等物质 浓度的微生物传感器l工作原理多是用适合的微生物电极与氧电 极组成，利用微生物的同化作用耗氧，通 过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的 减少量，从而达到测量底物浓度的目的。生物芯片技术生物芯片的概念l对于生物芯片，人们可能不像对计算机微 处理器半导体芯片那样熟悉。l什么是生物芯片呢？一般说来，生物芯片 就是在一块厘米见方的玻璃片、硅片、塑 料
4、膜等材料上，通过特殊的表面化学处理 连接上相关的生物分子，经过特殊设计的 生物化学反应，然后由专用的仪器收集检 测信号，再用计算机分析数据结果。生物芯片的概念l主要是指通过微加工技术和微电子技术在 固格体芯片表面构建的微型生物化学分析 系统，以实现对细胞、蛋白质、DNA以及 其他生物组分的准确、快速、大信息量的 检测。l生物芯片是微电子学、化学、物理学、信 息学和生物学相互交叉形成的一项高新技 术。生物芯片的结构l生物芯片的模样五花八门l有的和计算机芯片一样规矩、方正l有的是在透明的玻璃或塑料上面点上排排 微米级圆点或划了一条条的蛇形细槽，l还有的是由一些不同形状头发粗细的管道 和针孔大小的腔
5、体，不同结构的微型电子 、机械器件紧密排列在一起形成的。生物芯片的结构l把硅片或玻片与生命材料相结合制成的生 物芯片是第三或第四代的生物传感器。其 实质是在面积很小的基质表面有序列地（ 点间距500um）点阵排列大量固定于 一定位置的可寻址的识别分子。l芯片分析实际上是传感器分析的组合，芯 片中的每一个单元微点都是一个传感器的 探头。与半导体芯片的异同l都使用了微加工、光学、光刻等类似 技术，都把庞大的系统进行了缩微， 最后输出的信号都是数字信号。与半导体芯片的异同l不同点:1.输入的信号不一样。半导体芯片很怕水，接触 到水溶液就会短路，而生物芯片恰恰要分析液 体，输入其中的可能是血液、尿液等
6、体液，不 会出现短路现象； 2.半导体芯片是永久性固定使用，而生物芯片是一 次性使用，并伴随着相应的生物化学反应； 3.从材料上来说，半导体芯片以硅为基本材料，而 制备生物芯片使用的材料则比较广泛，除了硅 ，还可以使用玻璃、塑料等其他材料。 生物芯片的特点l生物芯片的主要特点是高通量、微型 化和自动化。l芯片上集成的成千上万的密集排列的 分子微阵列，能够在短时间内分析大 量的生物分子，使人们快速准确地获 取样品中的生物信息，效率是传统检 测手段的成百上千倍。用于DNA分析的生物芯片 固态芯片 和液态芯片 生物芯片的分类l通常的生物化学反应过程包括三步：样品的制 备、生化反应、结果的检测和分析
7、l常见的生物芯片三类：第一类为微阵列芯片，包括基因芯片、蛋白芯 片、细胞芯片和组织芯片；第二类为微流控芯片，包括各类样品制备芯片 、聚合酶链反应（PCR）芯片、毛细管电泳芯 片和色谱芯片等；第三类为以生物芯片为基础的集成化分析系统 ，也叫芯片实验室。芯片实验室l是生物芯片技术的最高境界l通过微细加工工艺制作，由加热器、微泵 、微阀、微流量控制器、微电极、电子化 学和电子发光探测器等集成l可以完成诸如样品制备、试剂输送、生化 反应、结果检测、信息处理和传递等一系 列复杂工作生物芯片在环境科学中的应用 l环境毒理学与毒理芯片l环境化学污染与免疫芯片l环境生物污染与基因芯片l环境蛋白质组学与生物质谱芯片l环境基因组学与基因芯片 参考文献l何星月等，生物传感器在水污染监测中的 应用，微纳电子技术，2002年第9 期；l胡永隽等，生物芯片技术及其在水体环境 生物监测中的应用，生态学杂志，2005年 第10期；l高志贤，环境科学与生物芯片，科学出版 社，2005.9. 课 堂 测 试 题l水污染生物监测的原理？与常规理化检测 比较有什么优缺点？l污水生物系统的原理？污水生物系统各污 染带的水生动、植物特点?l何谓PFU法？利用PFU法监测水质的原理？ PFU法有哪些优点？l毒性试验对稀释水和受试动物的要求？l微核监测技术和 Ames 试验检测环境三致 物原理和特点？
