1、1.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國生物傳感器研究始于20世紀(jì)80年代初，其技術(shù)發(fā)展歷程基本與國際上同步。從1990年起，全國酶工程會(huì)議和中日酶工程學(xué)術(shù)會(huì)議都將生物傳感器作為重要內(nèi)容進(jìn)行研討，大大促進(jìn)了我國生物傳感器技術(shù)和人才隊(duì)伍的發(fā)展1。1990年，我國第一個(gè)生物傳感器專著生物傳感技術(shù)原理與應(yīng)用出版，奠定了我國生物傳感器技術(shù)基礎(chǔ)。2005年，國家“十五”重點(diǎn)圖書生物傳感器由化學(xué)工業(yè)出版社出版，對(duì)生物傳感器技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。2008年，第十屆世界生物傳感器大會(huì)(TheWorldCongressonBiosensor?在中國召開，標(biāo)志著我國生物傳感器研究進(jìn)入新的發(fā)展階段。對(duì)此，英國Cranfield大學(xué)的

2、生物傳感器資深專家Turner博士2指出，近幾年中國在該領(lǐng)域的研究發(fā)展表現(xiàn)尤為突出，這不僅表現(xiàn)在研究論文的高產(chǎn)量，也表現(xiàn)在論文的高質(zhì)量上。據(jù)生物傳感器領(lǐng)域最具權(quán)威的BiosensorsBioelectronics雜志的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)3表明，2008年中國第一次取代了美國成為該雜志發(fā)表數(shù)量最多的一個(gè)國家。近十年來，有關(guān)酶電極的研究論文發(fā)表呈現(xiàn)逐年增長的趨勢(shì)，特別是在2008年以后，我國在該領(lǐng)域發(fā)表的論文在國際期刊的數(shù)量顯著增加4。我國在上世紀(jì)80年代初研制出了一批生物傳感器分析儀器，最早的是葡萄糖分析儀，以后陸續(xù)研制成功BOD、乳酸、谷氨酸、SPR生物傳感分析儀器及多指標(biāo)血液分析、發(fā)酵在線檢測(cè)等系列產(chǎn)

3、品5。其中商品化產(chǎn)品主要是手持式血糖儀和SBA酶電極分析儀。手持式血糖測(cè)試儀于1994年誕生，國內(nèi)約有16家生產(chǎn)企業(yè)6。我國的一些研究組已經(jīng)專注于這項(xiàng)工作的研究，已經(jīng)取得了一定的成果。覃柳等人目前研究一八通道的電化學(xué)蛋白芯片，該電極陣列采用硅作為襯底，由再在硅襯底表面通過氧化工藝沉積二氧化硅作為絕緣層。在制作金電極陣列濺射金靶之前進(jìn)行Ti-W靶的共濺射，形成與硅片結(jié)合緊密的Ti-W膜，然后再濺射形成金膜。該芯片可以同時(shí)對(duì)多種病毒進(jìn)行測(cè)定7。朱婷8等人研究了陣列式CMOS細(xì)胞電信號(hào)傳感芯片，該芯片集成了6x6單元有源傳感陣列、模擬多路選擇器、輸出緩沖器、參考源和數(shù)字控制電路，實(shí)現(xiàn)了傳感電路和后端

4、信號(hào)處理電路的單片化集成。傳感單元面積為60Lmx60Lm,包含15Lmx15Lm的傳感電極和有源預(yù)處理電路，線性放大幅值范圍100LV25mV的微小信號(hào)，電壓增益為40dB。張國林等9采用乙基纖維素和乙炔黑導(dǎo)電復(fù)合材料制備固定化葡萄糖酶電極。結(jié)果表明:用環(huán)己烷洗去石蠟的導(dǎo)電復(fù)合材料葡萄糖氧化酶生物傳感器具有粒狀結(jié)構(gòu),有利于酶催化反應(yīng)。利用普魯士藍(lán)(PB)膜修飾的鉑盤葡萄糖電極能有效消除抗壞血酸、尿酸的干擾10。蔡新霞等11將鋨氧化還原聚合物與辣根過氧化酶共價(jià)交聯(lián)修飾薄膜金電極,使用戊二醛交聯(lián)固定葡萄糖氧化酶制得葡萄糖傳感器。該傳感器在-0.1V(vs.AgAgCl)電位下，背景電流小于1nA

5、,檢出限為1yM，小于400yM范圍內(nèi)靈敏度為2900(nAymolL)相關(guān)系數(shù)R=0.998),實(shí)現(xiàn)了低濃度葡萄糖的測(cè)定,為發(fā)展高靈敏度、低檢測(cè)限、高穩(wěn)定性的無創(chuàng)血糖檢測(cè)傳感器奠定了基礎(chǔ)。1.2國外研究現(xiàn)狀從20世紀(jì)60年代Clark和Lyon提出生物傳感器(Biosensor)的設(shè)想開始，生物傳感器的發(fā)展距今已有40多年的歷史了。生物傳感器是傳感器的一種,它是一門由生物、化學(xué)、物理、醫(yī)學(xué)、電子技術(shù)等多種學(xué)科互相滲透成長起來的高新技術(shù)，在生物、醫(yī)學(xué)環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品及軍事等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用價(jià)值，已引起世界各國的極大關(guān)注。英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)科學(xué)家研發(fā)了可用于檢測(cè)腫瘤蛋白以及耐藥性MASA細(xì)菌的微型生

6、物傳感器。該系統(tǒng)利用一個(gè)回旋裝置來檢測(cè)，類似導(dǎo)航系統(tǒng)和氣袋的原理。振蕩晶片的大小類似于一顆塵埃尺寸，有望可使醫(yī)生診斷和監(jiān)測(cè)常見類型的腫瘤，獲得最佳治療方案。蘇格蘭IntermediaryTechnologyInstitutes計(jì)劃投資1億2千萬英鎊發(fā)展“生物傳感器平臺(tái)(BiosensorPlatform)”一種治療診斷技術(shù)。作為將診斷和治療疾病結(jié)合在一起的新興療法，能夠在診斷的同時(shí)，提出適合不同病人的治療方案，可以降低疾病診斷和醫(yī)學(xué)臨床的費(fèi)用與復(fù)雜性，同時(shí)具備提供疾病發(fā)展和藥品療效成果的能力。目前該技術(shù)已被使用在某些乳癌的治療上，只需在事前做些特殊的測(cè)試，即可根據(jù)結(jié)果決定適合的療程。這個(gè)技術(shù)更

7、被醫(yī)學(xué)界視為未來疾病療程的主流。加州大學(xué)洛杉磯分校的研究者使用GeneFluidics開發(fā)的新型生物傳感器來鑒定引起感染的特定革蘭氏陰性菌，該結(jié)果表明利用微型電化學(xué)傳感器芯片已經(jīng)可以用于人臨床樣本的細(xì)菌檢查。GeneFluidics'16-sensor上的芯片包被了UCLA設(shè)計(jì)的特異的遺傳探針。臨床樣本直接加到芯片上，然后其電化學(xué)信號(hào)被多通道閱讀器獲取。根據(jù)傳感器上信號(hào)的變化來判斷尿路感染的細(xì)菌種類。從樣品收集到結(jié)果僅需45分鐘。比傳統(tǒng)方法(需要2天時(shí)間)大大縮短。生物傳感器檢測(cè)方法使得醫(yī)生無需等待就可以給出治療方案。國外的Michael12等在最近研制出了可以同時(shí)測(cè)量多種的電極微陣列

8、，這個(gè)電極微陣列將八個(gè)面積為0.78mm2的氧化銥電極、銥輔助電極和Ag-AgCl參比電極同時(shí)設(shè)計(jì)在同一玻璃的底片上，通過對(duì)電極進(jìn)行化學(xué)修飾，該電極實(shí)現(xiàn)了對(duì)山羊的IgG、老鼠的IgG、人類的IgG和雞的IgY的同步檢測(cè)，檢出限為3ng/mL。這電極有非常好的精確度，可以和單一的ELISAs相媲美，能滿足經(jīng)濟(jì)的、節(jié)省的、大批量的檢測(cè)的需要。法國的Arkhypova等人研制了可用于檢測(cè)自然水體中的有毒物質(zhì)的集成生物傳感器，這種生物傳感器集生物成分固定系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為一體的新型生物傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水體中的有毒金屬和殺蟲劑進(jìn)行定量和半定量分析，檢出限達(dá)到了10yM。歐美國家陸續(xù)投入驚人巨資研究生物

9、傳感器，不難預(yù)見，這個(gè)當(dāng)今全球醫(yī)學(xué)檢測(cè)和快速分析技術(shù)(EMERGINGRAPIDASSAYTECHNOLOGIES的熱點(diǎn)領(lǐng)域在不遠(yuǎn)的將來會(huì)有極為廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn);1 羅宏，劉勁，鄧剛.生物傳感器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景M醫(yī)療設(shè)備信息.2006.11.第21卷11期2 林泉，彭承琳，宋文強(qiáng)生物傳感器的發(fā)展及其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用J.中國醫(yī)學(xué)裝備，2007,4(4):19-22.3 魯然.生物傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用M.當(dāng)代醫(yī)學(xué).2009年8月第15卷第24期總第179期4 武寶利，張國梅，高春光，雙少敏.生物傳感器的應(yīng)用研究進(jìn)展.中國生物工程雜志.第24卷第7期.5 史建國，李一葦，張

10、先恩.我國生物傳感器研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向.山東科學(xué).第28卷第1期6 李一葦，陳燕，馬耀宏，等基于碳納米管修飾電極的脫氫酶?jìng)鞲衅餮芯窟M(jìn)展J.分析化學(xué)，2014，42(5):7597657 覃柳，劉仲明，鄒小勇.電化學(xué)生物傳感器研究進(jìn)展.中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志.第24卷第1期.8 朱婷，朱大中,施朝霞陣列式CMOS細(xì)胞電信號(hào)傳感芯片J.固體電子學(xué)研究與進(jìn)展(RESEARCH&PROGRESSOFSSE),2005,25(4):507-512.9 張國林，潘獻(xiàn)華，闞錦晴.導(dǎo)電復(fù)合材料葡萄糖氧化酶?jìng)鞲衅鞯难芯縅物理化學(xué)學(xué)報(bào),2003,19(6):533-537.10 王榮，郭曉明，吳霞琴，章宗穰基于普魯士藍(lán)(PB)膜修飾鉑電極的葡萄糖傳感器的研究J.化學(xué)研究與應(yīng)用，2001,13(4):380-382.11 劉紅敏,劉春秀,姜利英,劉劍，楊慶德，郭宗慧，王利，蔡新霞鋨聚合物修飾的低濃度葡