傳感器、生物傳感器、光學(xué)生物傳感器.ppt

1、傳感器、生物傳感器、光學(xué)生物傳感器,一個(gè)光學(xué)生物傳感器使用案例的淺析與體會(huì),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(xué)生物傳感器的便攜式血紅蛋白檢測(cè)系統(tǒng) 四、體會(huì),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(yùn)用了先進(jìn)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(shuō)，半個(gè)月前的一天下午，他的手機(jī)忽然接到報(bào)警，家里的一氧化碳傳感器探測(cè)到天然氣嚴(yán)重外泄，陳先生非常震驚，因?yàn)榧依锢细赣H臥病在床， 如果發(fā)生意外，后果非常嚴(yán)重。他立即與

2、小區(qū)保安取得聯(lián)系，保安進(jìn)入他家打開門窗，解救父親。 其實(shí)，預(yù)防天然氣外泄只是智能家居系統(tǒng)中很普通的一項(xiàng)功能。家里的濕度傳感器機(jī)感知房間里的濕度多少，如果春天干燥，就會(huì)提醒主人多喝水；氧氣傳感器還會(huì) 探測(cè)屋內(nèi)空氣的新鮮程度，會(huì)及時(shí)提醒主人開窗；有壞人敲門企圖強(qiáng)行闖入，安放在門邊的門磁傳感器會(huì)立即報(bào)警。此外，陳先生還可以實(shí)現(xiàn)智能照明和遙控家電。 可以人在屋內(nèi)，用手機(jī)讓電飯鍋煮飯，洗衣機(jī)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(dòng)調(diào)節(jié)。,傳感器 Sensor,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87的定義：能感受規(guī)定的被測(cè)量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)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(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 新韋式大詞典中定義為：“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。 “換能器Transducer”來(lái)稱謂“傳感器Sensor”。,物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃,全國(guó)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(dá)24億只，市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)900億元，其中, 微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)150億元；通信設(shè)備制造業(yè)具有較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。 成為國(guó)

4、際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組（WG7）的主 導(dǎo)國(guó)之一。2010年，我國(guó)主導(dǎo)提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)同信息處理國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)獲正式立項(xiàng)，同年，我國(guó)企業(yè)研制出全球首顆二維碼解碼芯片，研發(fā)了具有國(guó)際先進(jìn)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(yàn)。 四、重點(diǎn)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(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)用示范工程,專欄4重點(diǎn)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(xué)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(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。 生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)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(xué)換 能器有機(jī)結(jié)合的一門交叉學(xué)科。 是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的一種先進(jìn)的檢測(cè)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(dá)的信號(hào)轉(zhuǎn)

6、換為電信號(hào)的物理或化學(xué)換能器（傳感器），二者組合在一起，用現(xiàn)代微電子和自動(dòng)化儀表技術(shù)進(jìn)行生物信號(hào)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87的定義：能感受規(guī)定的被測(cè)量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)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(lái)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(xì)胞傳感器、酶?jìng)鞲衅?、DNA傳感器等等 按照傳感器器件檢測(cè)的原理分類，可分為： 熱敏生物傳感器、場(chǎng)效應(yīng)管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學(xué)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(cè)機(jī)制共有電、光、熱、量4種, 其中以光信號(hào)作為探測(cè)機(jī)制 的稱為光學(xué)生物傳感器（Optical Biosensor）。,傳感層的探測(cè)基礎(chǔ)是生物體的識(shí)別反應(yīng)。生物識(shí)別是生物體之間的一種獨(dú)特功能, 具有生物識(shí)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(shí)別反應(yīng)分為催化型(Biocatalytic)和親和型兩類(Bioaffinity)。前者利用酶對(duì)被分析物識(shí)別的高度專一性和

8、對(duì)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(shí)別反應(yīng)的結(jié)果是生成一個(gè)穩(wěn)定的配合物, 測(cè)試時(shí)檢測(cè)的是熱力學(xué)平衡的結(jié)果, 穩(wěn)定性較高, 檢測(cè)機(jī)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(xué)生物傳感器的研究進(jìn)展 光學(xué)生物傳感器利用被測(cè)物質(zhì)與探測(cè)試劑反應(yīng)后引發(fā)的光信號(hào)作為探測(cè)基礎(chǔ), 一般由傳感層（Biological recognition layer）、光信號(hào)轉(zhuǎn)換(transducer)與放大處理(Amplification)個(gè)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(lái)主

9、要有包埋法、吸附法、共價(jià)鍵合法、交聯(lián)法等種方式 光學(xué)生物傳感器分類和原理 無(wú)源光學(xué)生物傳感器 自身生物化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的光輻射、一類是化學(xué)發(fā)光, 另一類是生物發(fā)光。 光致光學(xué)生物傳感器 激發(fā)光源、一次光信號(hào)（如透射光、反射光、散射光、折射光）和二次光信號(hào)（如熒光、磷光） 電致光學(xué)生物傳感器 電化學(xué)發(fā)光,（3）將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),例如，過(guò)氧化氫酶能催化過(guò)氧化氫/魯米諾體系發(fā)光，如設(shè)法將過(guò)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(cè)定裝置相連，即可測(cè)定過(guò)氧化氫含量。 還有很多細(xì)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(cè)定底物濃度。,魯米諾,魯米諾(luminol)，又名發(fā)光氨?；?/p>

10、學(xué)名稱為3-氨基鄰苯二甲酰肼，化學(xué)式為C8H7N3O2，結(jié)構(gòu)式見右圖，1853年就被合成出來(lái)了。1928年發(fā)現(xiàn)它被氧化時(shí)能發(fā)出藍(lán)光。主要用于現(xiàn)代刑偵的的血液檢測(cè)，能檢測(cè)只有百萬(wàn)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(cè)出來(lái)。過(guò)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(diǎn) 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(chǎng)被漂白劑徹底處理過(guò)，則魯米諾發(fā)出的熒光會(huì)強(qiáng)烈掩蓋任何血跡的存在。 2、魯米諾可以檢測(cè)出動(dòng)物血及尿中的少量血，因此如果待測(cè)房間中含有尿或動(dòng)物血，檢測(cè)結(jié)果會(huì)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(cè)，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(shí)別。 6、魯米諾發(fā)光的時(shí)間有限，要抓緊時(shí)間拍照記錄。,光纖生物傳感器的基本構(gòu)造,為了檢測(cè)染料(酚紅)的堿性狀態(tài)，測(cè)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(cè)定范圍是pH 7074，精密度達(dá)001 pit單位，完個(gè)適用生理狀態(tài)的pIi值的測(cè)定,基于干法光學(xué)生物傳感器的便攜式血紅蛋白檢測(cè)系統(tǒng),國(guó)外自上世紀(jì)七八十年代開始研究各種Hb檢測(cè)方法和便攜式檢測(cè)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)自八十年代也開始了Hb檢測(cè)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(cè)為基礎(chǔ)，樣本需要前期處理，因此用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)難度較大。 電化學(xué)電流法 、光學(xué)反射法,檢測(cè)原理,從子標(biāo)題簡(jiǎn)單看,1.2.1 光源及光電轉(zhuǎn)換器器件選擇 1.2.2 L