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1、第七章第七章 生物敏感材料与生物传感器生物敏感材料与生物传感器第一节第一节 概述概述第二节第二节 生物敏感材料生物敏感材料第三节第三节 生物传感器生物传感器第一节第一节 概述概述一、分类一、分类n按用途：按用途：o治疗用生物敏感材料：n自身能感知外界环境的细微变化，并能产生相应的物理结构和化学性质的改变甚至是突变。n以响应凝胶为主，以此为基础制成智能型药物体系。o检测用敏感材料n主要用作传感器中的敏感材料，感知人体的物理量。n按敏感特性：按敏感特性：o磁敏、电敏、光敏、热敏、压电材料第一节第一节 概述概述二、性能要求二、性能要求n n良好的生物相容性良好的生物相容性良好的生物相容性良好的生物相
2、容性n n极高的敏感度极高的敏感度极高的敏感度极高的敏感度n n稳定、可靠、长寿命稳定、可靠、长寿命稳定、可靠、长寿命稳定、可靠、长寿命第二节第二节 生物敏感材料生物敏感材料1 1、医用磁生物材料、医用磁生物材料磁场生物效应磁场生物效应 n磁场使红细胞体积增大，携氧能力增加，有利于磁场使红细胞体积增大，携氧能力增加，有利于改善组织的供血供氧状态，促进代谢。改善组织的供血供氧状态，促进代谢。 n脉冲强磁场能选择性地抑制肿瘤细胞的生长繁殖。脉冲强磁场能选择性地抑制肿瘤细胞的生长繁殖。 n磁场有改善血液流变学的作用。磁场有改善血液流变学的作用。 n磁场有促进创口愈合作用，加速组织的愈合作用磁场有促进
3、创口愈合作用，加速组织的愈合作用p利用热磁效应进行医疗检测或控制释药、利用热磁效应进行医疗检测或控制释药、治疗治疗o磁性接骨板加快了骨折的愈合磁性接骨板加快了骨折的愈合o氧敏感顺磁性生物医学传感器材料氧敏感顺磁性生物医学传感器材料nEPR（Electronic Paramagnetic Resonance）氧生物医学传感器属于在线检测生物医学传感器, 它是利用EPR技术测试活体组织的氧分压, 形成类似核磁共振的生物组织影像。n兼有对EPR敏感并对氧敏感的特性碳黑材料、卟啉类化合物和菁染料类化合物 o材料的颗粒已经能进入小鼠体内各个组织，甚至是尾部、耳部、眼睛的毛细管内。小鼠更无中毒表现。o传感
4、器在小鼠体内能稳定存在较长时间（3月）后逐渐由体内代谢。o通过血流量的超声测试，验证了传感器已达到了预期的效果。 o磁导向磁性药物磁导向磁性药物n磁性药物载体的磁导向定位已成功地应用于胃癌、膀胱癌的实验研究，以及胸部肿瘤和消化道肿瘤的临床治疗。 2 2、生物医用光敏材料、生物医用光敏材料o光纤生物传感器光纤生物传感器测定血清中的自由胆固醇含量测定血清中的自由胆固醇含量o卤化银光纤卤化银光纤CO2CO2激光手术刀激光手术刀o主要用于检测：主要用于检测：n人体血压检测；心音、颈动脉和颈静脉静波检人体血压检测；心音、颈动脉和颈静脉静波检测；血流量测定；呼吸系统计量等。测；血流量测定；呼吸系统计量等。
5、o常用材料：常用材料：n压电石英单晶压电石英单晶微重力免疫生物传感器、超微重力免疫生物传感器、超声波诊断仪声波诊断仪n压电陶瓷压电陶瓷3 3、生物医用压电材料、生物医用压电材料4 4、生物医用热敏材料、生物医用热敏材料o热敏电阻陶瓷：热敏电阻陶瓷：用于测量人体深部体温变化用于测量人体深部体温变化o温度响应性材料：温度响应性材料：形状记忆合金形状记忆合金第三节第三节 生物传感器生物传感器o传感器主要由信号感受器和信号转换器组成传感器主要由信号感受器和信号转换器组成，它能，它能够感受一定的信号并将这种信号转换成信息处理系够感受一定的信号并将这种信号转换成信息处理系统便于接收和处理的信号（如电信号和
6、光信号）。统便于接收和处理的信号（如电信号和光信号）。n例如，压力传感器能感受压力信号并将压力信号转换成例如，压力传感器能感受压力信号并将压力信号转换成电信号，湿度传感器能感受湿度的大小并将湿度大小转电信号，湿度传感器能感受湿度的大小并将湿度大小转换成电信号等。换成电信号等。o生物传感器生物传感器是近几十年内发展起来的一种新的传感是近几十年内发展起来的一种新的传感器技术。器技术。n生物传感器正是在生命科学和信息科学之间发展起来的生物传感器正是在生命科学和信息科学之间发展起来的一个交叉学科。一个交叉学科。第三节第三节 生物传感器生物传感器1、与传统传感器的区别、与传统传感器的区别o传统传感器传统
7、传感器：信号感受器完全由非生命物质组成：信号感受器完全由非生命物质组成o生物传感器生物传感器：感受器中含有生命物质，例如：感受器中含有生命物质，例如n将一定的植物细胞或动物细胞作为感觉器，可以制将一定的植物细胞或动物细胞作为感觉器，可以制成各种成各种细胞传感器细胞传感器n用生物组织作感受器可制成用生物组织作感受器可制成组织传感器组织传感器（或称为组（或称为组织电极）织电极）n将一些特定的细胞器从细胞里分离出来作为感受器，将一些特定的细胞器从细胞里分离出来作为感受器，可制成可制成细胞器传感器细胞器传感器n将微生物作为感受器可制成将微生物作为感受器可制成微生物传感器微生物传感器n将生物分子如蛋白质
8、、核酸等作为感受器，更成为将生物分子如蛋白质、核酸等作为感受器，更成为当代生物传感器发展的主流当代生物传感器发展的主流2、分类、分类o感受器感受器n所采用的生命物质所采用的生命物质o组织传感器、细胞传感器、酶传感器等等组织传感器、细胞传感器、酶传感器等等n所监测的物理量、化学量或生物量所监测的物理量、化学量或生物量o热传感器、光传感器、胰岛素传感器等热传感器、光传感器、胰岛素传感器等n其用途其用途o免疫传感器、药物传感器等等。免疫传感器、药物传感器等等。2、分类、分类o信号转换器信号转换器与传统的转换器并没有本质与传统的转换器并没有本质的区别。的区别。n例如，可以利用电化学电极、场效应管、热每
9、例如，可以利用电化学电极、场效应管、热每器件、压电器件、光电器件等器件作为生物传器件、压电器件、光电器件等器件作为生物传感器中的信号转换器。感器中的信号转换器。n依照信号转换器的不同依照信号转换器的不同，也可将生物传感器进，也可将生物传感器进行分类，行分类，o压电晶体生物传感器、场效应管生物传感器等。压电晶体生物传感器、场效应管生物传感器等。3、生物传感器的特点、生物传感器的特点4 4、电化学生物传感器、电化学生物传感器5、场效应晶体管（、场效应晶体管（FET）生物传感器）生物传感器场效应晶体管（场效应晶体管（FETFET）6 6、石英晶体微天平、石英晶体微天平QCMD传感器o研究内容n脂类双
10、层膜上的DNA杂交n酶降解n聚电解质多层膜n细胞粘附n生物相容性7、表面等离子共振（SPR）Surface plasmon resonance8 8、生物芯片、生物芯片9 9、生物传感器应用、生物传感器应用o应用领域应用领域n医疗、医药、生物工程、环境保护、食品、农业、畜牧医疗、医药、生物工程、环境保护、食品、农业、畜牧等与生命科学关系密切的一些领域等与生命科学关系密切的一些领域。例如：。例如：o临床上用免疫传感器等生物传感器来检测体液中的各种临床上用免疫传感器等生物传感器来检测体液中的各种化学成分，为医生的诊断提供依据；化学成分，为医生的诊断提供依据；o生物工程产业中用生物传感器监测生物反应器内各种物生物工程产业中用生物传感器监测生物反应器内各种物理、化学、生物的参数变化以便加以控制；理、化学、生物的参数变化以便加以控制；o环境监测中用生物传感器监测大气和水中各种污染物质环境监测中用生物传感器监测大气和水中各种污染物质含量，含量，o食品行业中用生物传感器检测食品中营养成分和有害成食品行业中用生物传感器检测食品中营养成分和有害成分的含量、食品的新鲜程度等。分的含量、食品的新鲜程度等。n随着社会的进一步信息化，生物传感器必将获得越来越随着社会的进一步信息化，生物传感器必将获得越来越广泛的应用广泛的应用。卫生保健和生命科学领域卫生保健和生命科学领域
