傳感器、生物傳感器、光學生物傳感器.ppt

1、傳感器、生物傳感器、光學生物傳感器,一個光學生物傳感器使用案例的淺析與體會,第五組：XXX,Content,一、傳感器（Sensor） 二、生物傳感器（Biosensor） 概念 原理與結(jié)構(gòu) 分類 三、案例基于干法光學生物傳感器的便攜式血紅蛋白檢測系統(tǒng) 四、體會,傳感器,今年1月，南京城東某高檔小區(qū)60多戶的家庭安裝上了南京物聯(lián)傳感技術(shù)有限公司的智能家居系統(tǒng)。自從運用了先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，戶主陳東明先生家里真的方便 舒適多了。他舉例說，半個月前的一天下午，他的手機忽然接到報警，家里的一氧化碳傳感器探測到天然氣嚴重外泄，陳先生非常震驚，因為家里老父親臥病在床， 如果發(fā)生意外，后果非常嚴重。他立即與

2、小區(qū)保安取得聯(lián)系，保安進入他家打開門窗，解救父親。 其實，預防天然氣外泄只是智能家居系統(tǒng)中很普通的一項功能。家里的濕度傳感器機感知房間里的濕度多少，如果春天干燥，就會提醒主人多喝水；氧氣傳感器還會 探測屋內(nèi)空氣的新鮮程度，會及時提醒主人開窗；有壞人敲門企圖強行闖入，安放在門邊的門磁傳感器會立即報警。此外，陳先生還可以實現(xiàn)智能照明和遙控家電。 可以人在屋內(nèi)，用手機讓電飯鍋煮飯，洗衣機洗滌，空調(diào)事先調(diào)到人體適宜溫度，晚上臨睡前，室內(nèi)壁燈自動調(diào)節(jié)。,傳感器 Sensor,國家標準GB7665-87的定義：能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

3、傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 新韋式大詞典中定義為：“從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件”。 “換能器Transducer”來稱謂“傳感器Sensor”。,物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃,全國有1600多家企事業(yè)單位從事傳感器 的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，年產(chǎn)量達24億只，市場規(guī)模超過900億元，其中, 微機電系統(tǒng)（MEMS）傳感器市場規(guī)模超過150億元；通信設(shè)備制造業(yè)具有較強的國際競爭力。 成為國

4、際標準化組織（ISO）傳感器網(wǎng)絡(luò)標準工作組（WG7）的主 導國之一。2010年，我國主導提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)同信息處理國際標準獲正式立項，同年，我國企業(yè)研制出全球首顆二維碼解碼芯片，研發(fā)了具有國際先進水平 的光纖傳感器，TD-LTE技術(shù)正在開展規(guī)模技術(shù)試驗。 四、重點工程（一）關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新工程專欄1關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新工程 1.信息感知技術(shù) 專欄4重點領(lǐng)域應(yīng)用示范工程,專欄4重點領(lǐng)域應(yīng)用示范工程,傳感器 分類,常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬： 光敏傳感器視覺 聲敏傳感器聽覺 氣敏傳感器嗅覺 化學傳感器味覺 壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺 敏感元件的分類： 物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效

5、應(yīng)。 化學類，基于化學反應(yīng)的原理。 生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。 通常據(jù)其基本感知功能可分為： 熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將敏感元件分46類）。,生物傳感器（Biosensor）,生物傳感器是用生物活性材料（酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原、生物膜等）與物理化學換 能器有機結(jié)合的一門交叉學科。 是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的一種先進的檢測方法與監(jiān)控方法，也是物質(zhì)分子水平的快速、微量分析方法。 各種生物傳感器有以下共同 的結(jié)構(gòu)：包括一種或數(shù)種相關(guān)生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表達的信號轉(zhuǎn)

6、換為電信號的物理或化學換能器（傳感器），二者組合在一起，用現(xiàn)代微電子和自動化儀表技術(shù)進行生物信號的再加工，構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。,國家標準GB7665-87的定義：能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 “換能器Transducer”來稱謂“傳感器Sensor”。,生物傳感器,按照其感受器中所采用的生命物質(zhì)分類，可分為： 微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、細胞傳感器、酶傳感器、DNA傳感器等等 按照傳感器器件檢測的原理分類，可分為： 熱敏生物傳感器、場效應(yīng)管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學生物傳感器、聲波道

7、生物傳感器、酶電極生物傳感器、介體生物傳感器等。 按照生物敏感物質(zhì)相互作用的類型分類，可分為 親和型和代謝型兩種。,目前生物傳感器使用的 探測機制共有電、光、熱、量4種, 其中以光信號作為探測機制 的稱為光學生物傳感器（Optical Biosensor）。,傳感層的探測基礎(chǔ)是生物體的識別反應(yīng)。生物識別是生物體之間的一種獨特功能, 具有生物識別能力的物質(zhì)稱為生物功能物質(zhì)。 迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的生物功能物質(zhì)有酶、核酸、抗原或抗體、結(jié)合蛋白質(zhì)、植物凝血素和激素受體等。 生物體之間的識別反應(yīng)分為催化型(Biocatalytic)和親和型兩類(Bioaffinity)。前者利用酶對被分析物識別的高度專一性和

8、對生化反應(yīng)的高效催化性；后者則是利用了生物體之間如抗原一抗體、配體一受體的特異親和性, 識別反應(yīng)的結(jié)果是生成一個穩(wěn)定的配合物, 測試時檢測的是熱力學平衡的結(jié)果, 穩(wěn)定性較高, 檢測機制也靈活多樣, 是生物傳感器發(fā)展的方向。,生物傳感器,光學生物傳感器的研究進展 光學生物傳感器利用被測物質(zhì)與探測試劑反應(yīng)后引發(fā)的光信號作為探測基礎(chǔ), 一般由傳感層（Biological recognition layer）、光信號轉(zhuǎn)換(transducer)與放大處理(Amplification)個功能模塊組成,分析物,生物傳感器,傳感層的制備方法 目前已經(jīng)建立了多種適合于不同生物功能物質(zhì)的固定化方法, 歸納起來主

9、要有包埋法、吸附法、共價鍵合法、交聯(lián)法等種方式 光學生物傳感器分類和原理 無源光學生物傳感器 自身生物化學反應(yīng)所產(chǎn)生的光輻射、一類是化學發(fā)光, 另一類是生物發(fā)光。 光致光學生物傳感器 激發(fā)光源、一次光信號（如透射光、反射光、散射光、折射光）和二次光信號（如熒光、磷光） 電致光學生物傳感器 電化學發(fā)光,（3）將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?例如，過氧化氫酶能催化過氧化氫/魯米諾體系發(fā)光，如設(shè)法將過氧化氫酶膜附著在光纖或光敏二極管的前端，再和光電流測定裝置相連，即可測定過氧化氫含量。 還有很多細菌能與特定底物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生熒光，也可以用這種方法測定底物濃度。,魯米諾,魯米諾(luminol)，又名發(fā)光氨。化

10、學名稱為3-氨基鄰苯二甲酰肼，化學式為C8H7N3O2，結(jié)構(gòu)式見右圖，1853年就被合成出來了。1928年發(fā)現(xiàn)它被氧化時能發(fā)出藍光。主要用于現(xiàn)代刑偵的的血液檢測，能檢測只有百萬分之一含量的血，即使滴一小滴血到一大缸水中也能被檢測出來。過氧化氫變成水和單氧，單氧再氧化魯米諾讓它發(fā)光。,魯米諾的缺點 1、魯米諾在銅、含銅合金、辣根或某些漂白劑的存在下發(fā)出熒光。因此如果犯罪現(xiàn)場被漂白劑徹底處理過，則魯米諾發(fā)出的熒光會強烈掩蓋任何血跡的存在。 2、魯米諾可以檢測出動物血及尿中的少量血，因此如果待測房間中含有尿或動物血，檢測結(jié)果會有偏差。 3、 魯米諾與排泄物反應(yīng)，發(fā)出的光與和血反應(yīng)發(fā)出的是相同的。 4

11、、 魯米諾可能干擾其他檢測，然而魯米諾并不干擾DNA的提取。 5、使用魯米諾需要在黑暗的環(huán)境里，否則熒光難以識別。 6、魯米諾發(fā)光的時間有限，要抓緊時間拍照記錄。,光纖生物傳感器的基本構(gòu)造,為了檢測染料(酚紅)的堿性狀態(tài)，測定光選用560 nm，而紅光600 nm用作光的參比。紅、綠光的比例與PH的大小有關(guān)，為此從它們的比例情況就可得到pH的數(shù)值。這種pH光纖傳感器的測定范圍是pH 7074，精密度達001 pit單位，完個適用生理狀態(tài)的pIi值的測定,基于干法光學生物傳感器的便攜式血紅蛋白檢測系統(tǒng),國外自上世紀七八十年代開始研究各種Hb檢測方法和便攜式檢測系統(tǒng)，國內(nèi)自八十年代也開始了Hb檢測系統(tǒng)的研究，并取得了較好的結(jié)果，但是這些系統(tǒng)基本以濕法（試劑）檢測為基礎(chǔ)，樣本需要前期處理，因此用于現(xiàn)場檢測難度較大。 電化學電流法 、光學反射法,檢測原理,從子標題簡單看,1.2.1 光源及光電轉(zhuǎn)換器器件選擇 1.2.2 L