传感器喜闻乐见了，可生物传感器是什么？

今年七月，据科技日报报道，美国加州大学圣克鲁斯分校团队在用于检测或分析物质的芯片传感设备方面取得重大进展，为研制高灵敏度的便携式集成光流体传感设备奠定了基础。这些设备即使涉及浓度变化很大且完全不同类型的生物粒子时，仍然可同时进行多类型的医学测试。该研究成果发表在近期的《光学》杂志上。

研究人员将新的信号处理技术应用于基于光流体芯片的生物传感器，能对8个数量级浓度的纳米珠混合物进行无缝荧光检测，将传感器可工作浓度范围扩大了1万倍以上。

上述研究大幅提升了生物传感器的性能，拓展了生物传感器的应用领域。可是，生物传感器是什么？它的原理又是怎样的？与普通传感器有哪些区别？本文将围绕这些问题对生物传感器进行介绍。

识别+转换

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。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。

其中识别元件的作用是识别被测目标，是引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件，是生物传感器选择性测定的基础；换能器的作用是把生物活性表达的信号转换为电信号。

具体来讲，生物传感器主要功能包括感受、观察和反应。

感受：提取出动植物发挥感知作用的生物材料，包括：生物组织、微生物、细胞器、酶、抗体、抗原、核酸、DNA等。实现生物材料或类生物材料的批量生产，反复利用，降低检测的难度和成本。

观察：将生物材料感受到的持续、有规律的信息转换为人们可以理解的信息。

反应：将信息通过光学、压电、电化学、温度、电磁等方式展示给人们，为人们的决策提供依据。

生物传感器的分类

根据生物传感器中的分子识别元件和换能器（信号转换器）的不同，可以从这两个方面对生物传感器分类：

按分子识别元件可分为： 酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、组织传感器、免疫传感器。

酶传感器

是由酶催化剂和电化学器件构成的。由于酶是蛋白质组成的生物催化剂，能催化许多生物化学反应，生物细胞的复杂代谢就是由于成千上万的酶控制的。酶的催化效率极高，而且具有高度专一性，即能对待测生物量（底物）进行选择性催化，并且有化学放大作用。因此利用酶的特性可以制造出高灵敏度、选择性好的传感器。

微生物传感器

用微生物作为分子识别元件。与酶相比，微生物更经济、耐久性也好。

免疫传感器

免疫传感器的基本原理是免疫反应。利用抗体能识别抗原结合的功能的生物传感器称为免疫传感器。

生物组织传感器

是以活的动植物组织细胞切片作为识别元件，并与相应的变换元件构成的传感器。具备寿命长、制作简便等特点。

细胞器传感器

是利用动植物细胞器作为敏感元件的传感器。细胞器是指存在于细胞内的被膜包围起来的微小“器官”,如线粒体、微粒体、溶酶体、过氧化氢体、叶绿体、氢化酶颗粒、磁粒体等等。

按转换器件可分为 压电晶体生物传感器、半导体生物传感器等。

半导体生物传感器

是由生物分子识别器件（生物敏感膜）与半导体器件结合构成的传感器。目前常用的半导体传感器是半导体光电二极管、场效应管（FET）等。半导体生物传感器具备

半导体生物传感器的特点有：1、构造简单，便于批量生产，成本低；2、机械性能好，抗震性能好，寿命长；3、输出阻抗低，便于与后续电路匹配。

压电晶体生物传感器

利用压电石英晶体对表面电极区附着质量的敏感性，并结合生物功能分子(如抗原和抗体)之间的选择特异性，使压电晶体表面产生微小的压力变化，引起其振动频率改变可制成压电生物传感器 。它主要由压电晶体、振荡电路、差频电路、频率计数器及计算机等部分组成。

生物传感器的应用

生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术。因其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、在复杂的体系中进行在线连续监测，特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点，使其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。

生物传感器在各个行业如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。特别是随着分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合，生物传感器正改变着传统医学、环境科学以及动植物学的面貌。生物传感器的研究开发，已成为世界科技发展的新热点，形成21世纪新兴的高技术产业的重要组成部分，具有重要的战略意义。

生物传感器在食品分析中的应用包括食品成分、食品添加剂、有害毒物及食品鲜度等的测定分析等；生物传感器在环境监测中的应用包括水环境监测、大气环境监测等；生物传感器在医学领域的应用包括DNA突变检测、生物芯片研发、疾病诊断、病毒检测和脑损伤检测等

图片来源于网络

资料来源：

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/6/503663.shtm

https://baike.kuyibu.com/view/341.html

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1753408256991414968&wfr=spider&for=pc

https://www.wiki8.cn/shengwuchuanganqi_108502/

http://www.eepw.com.cn/zhuanlan/289032.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/478612462

https://baike.baidu.com/item/%E7%94%9F%E7%89%A9%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/5868469?fr=ge_ala

生物传感器市场空间大 2022年后医疗器械是重要下游

生物传感器市场空间大 医疗器械是重要下游

　　生物传感器，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。生物传感器具有信号接收与信号转换功能，主要由敏感元件、换能器构成，是以生物敏感材料例如微生物、酶、细胞等为敏感元件，以场效应管、压电晶体等为换能器，此外还会配置信号放大装置、分析工具等。 　

　生物传感器是集电子学、物理学、生物学、化学、医学等多个学科技术于一体的产品，具有敏感度高、选择性好、分析速度快、不易受外界因素影响、准确性高、误差小、可连续监测等优点，可以广泛应用在电子、制药、食品、化工、发酵、医学、生物学、环境监测等领域。生物传感器是传感器的重要组成部分，下游可应用范围广，可满足下游行业高精度传感、功能集成化、微/小型化、智能化发展要求，因此研发受到关注。 　　

根据新思界产业研究中心发布的《2022-2026年中国生物传感器行业市场行情监测及未来发展前景研究报告》 显示，2021年，全球生物传感器市场规模约为236.2亿美元；预计2021-2026年，全球生物传感器市场将以9.0%左右的年均复合增速增长。在全球范围内，北美地区是最大的生物传感器市场，份额占比达到40%；以中国为代表的亚太地区对生物传感器需求更为旺盛，目前其市场份额占比小于北美地区，但正在快速攀升。

　　2021年，中国生物传感器市场规模约为101.7亿元，医疗领域是主要下游市场，需求占比达到78%，主要应用在医疗器械领域。我国人口老龄化进程加快，慢性疾病患者数量不断增多，并且慢病患者呈现年轻化发展趋势，市场对便于携带的监控疾病的医疗器械需求快速增长。智能可穿戴医疗设备可实时监控心血管疾病、糖尿病等患者健康状况，需求有望崛起，利好我国生物传感器行业发展。 　　

在全球范围内，生物传感器生产商主要有美国Nova Biomedical、美国雅培、美国美力敦、美国强生、德国西门子、德国拜耳、瑞士罗氏等国外企业，以及江苏鱼跃医疗设备股份有限公司、三诺生物传感股份有限公司、北京怡成生物电子技术股份有限公司等国内企业。

　　新思界行业分析 人士表示，未来在智能可穿戴医疗设备等下游行业的推动下，预计2022-2026年间，我国生物传感器市场将以10.5%左右的年间复合增速增长，到2026年，市场规模将达到167.5亿元以上。由此来看，我国生物传感器行业发展空间大，国内企业需不断提升核心竞争力，与国外企业争夺国内市场份额。

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