從上世紀60年代Clark和Lyon提出生物傳感器的設想開始（shǐ），生物傳感器的發展已經距今已有40 多年的曆史了。作為一門（mén）在生命科學和信息科學之間發展起來的一門交叉學科（kē），生物傳感（gǎn）器在發酵工藝、環境監測、食品（pǐn）工程、臨床醫學、軍事及軍事醫學等方麵得到了深度（dù）重視和廣泛（fàn）應用。隨著社會的進一步信息化，生物傳感器必將獲得越來越（yuè）廣泛的應用。 一、生物傳感（gǎn）器的定義與其發（fā）展曆史回顧 　　作（zuò）為生物，最基本特征之一就是能夠對外界的各種刺激作出反應。其所以能（néng）夠（gòu）如此，首先是由於生物能感受外界的各類刺激信號，並將這些信號轉（zhuǎn）換成體內信息（xī）處理係統所能接（jiē）收並處理的信號。例如，人（rén）能通過眼、耳、鼻、舌、身（shēn）等感覺器官（guān）將外界的光、聲溫度及（jí）其它各種化學和物理信號轉換成人體內神經係統（tǒng）等信息處（chù）理係統能夠接收和（hé）處理的信號。現（xiàn）代和未來的（de）信息社會中，信息處理係統要（yào）對自然和社會的各種變化作出反應，首先需要通過傳感器將外界的各種信息接下來並轉換成信息係統中的（de）信息處理單元（即計算機）能夠接（jiē）收和處理的信號。 　　生物傳感器定義（yì）為"使用（yòng）固定化的生物分子(immobilized biomolecules)結合（hé）換能器，用來偵測生體內或生體外的環境化學（xué）物質（zhì）或與之起特（tè）異性交互作用（yòng）後產生（shēng）響（xiǎng）應（yīng）的一種裝置"。生物傳感器由兩個主要關鍵部份所構成，一為來（lái）自於生物體分子、組織部份或個體細胞的（de）分子辨認組件，此一組件為生物傳感器信號接收或產生部份。另一為屬（shǔ）於硬件儀器組件部份，主要為物（wù）理信號轉換組件。因此，如何（hé）已生化方法分離、純化甚或設計合成特定的生物活（huó）性分子(biological active materials)，結（jié）合（hé）精確而（ér）且響應（yīng）快速的物理換（huàn）能器(transducers)組合成生物傳感器反（fǎn）應係統，實為研究生（shēng）物傳（chuán）感器的主要目的。 　　生物傳感器可以如上述的（de）那樣，依照其感（gǎn）受（shòu）器中所采用（yòng）的生命物質而稱為組（zǔ）織（zhī）傳感器、細胞傳感器、酶傳感器等等，也可根據所監測的物理量、化學量或生（shēng）物（wù）量而（ér）命名為熱傳感器、光傳感器、胰島素傳感器等，還可根據其用途統稱為免疫傳感（gǎn）器。藥物傳感器（qì）等等。生物傳感器中的信號轉換器，與傳統的轉（zhuǎn）換器並沒有本質的區別。例（lì）如，可以（yǐ）利用電化學（xué）電極、場效應管、熱每器件、壓電器件、光電器件等器（qì）件作為生物傳感（gǎn）器中（zhōng）的信號轉換器。依照信號轉換器的不同，也可將生物傳感器進行分類，如壓電晶（jīng）體生物傳感器、場效應管生物傳感器等。 　　生物傳感器的發展，自1962年Clark和Lyon兩人提出酵素電極的觀念（niàn）以後，YSI公司於七零年代即積極投入商品化開發與生產，啟開了第一代生物傳感（gǎn）器於1979年投入醫檢市場，最（zuì）早的商品為血（xuè）糖測試用酵素電極。YSI公司的上市成功與八零年代電子信息業的蓬勃發展有很密切的關係，並且一（yī）舉帶動了（le）生物傳感器的研發熱潮。Medisense公司繼續以研發（fā）第一代酵素電極為主，於1988年由於成功的開發出調節(mediator)分子來加速響應時間與增（zēng）強測試靈敏度而聲名大噪，並以筆型(Pen 2)及信用卡型(companion 2)之便攜式小型生物傳感器產品，於1988年上市後立即襲卷70%以上的第一代產品市場，成為生物傳感器業的盟主。第二代的生物傳（chuán）感器定義為使用抗體或受體蛋白當分子識別（bié）組件，換（huàn）能器的選用則朝向（xiàng）更為多（duō）樣化，諸如場效半（bàn）導體(FET)，光纖(FOS)，壓晶體管(PZ)，表麵聲波器(SAW)等。雖然第（dì）二代的生物傳（chuán）感器，自八零年代中期即開始引起廣（guǎng）泛的研發興趣，但一般認為尚未達醫檢應用階段，預定相關技術須待世紀末（mò）前方能成熟。目前可稱的上第二代的生物傳感器產品為1991年上市（shì）的瑞典商（shāng）Pharmacia所推出的（de）BIAcore與BIAlite兩項產（chǎn）品。 Pharmacia公司於1985年成功地開發出表麵薄膜（mó）共振技術（shù）(SPR, Surface Plasma Resonance)，利用此（cǐ）一光學特性（xìng）開發出可以於 10-6g/ml到10-11g/ml之低濃度下，進行（háng）生物（wù）分子間交互作用的實時偵測式生物感測儀器。第（dì）三代的生物傳感器定位在更具攜帶（dài）式，自動化，與實時測定（dìng）功能。 二、生物傳感器的分（fèn）類（lèi） 　　生物傳感器微生物（wù）電子產品(bioelectronic product)。為了能夠（gòu）獲得最佳的信（xìn）號傳遞，固定（dìng）化的生物組件通（tōng）常與信號轉換組件緊密地接合在一起。基本上，由信號產生方式(mode of signal generation)的不同，可以將生物傳感器區分成兩（liǎng）種主要（yào）類型： 　1.生物親和（hé）性（xìng）傳感器(Bioaffinity sensors) 　　當固定（dìng）生物（wù）組件與待測定之分析（xī）物發生親和性結合(bioaffinity binding)時，造成生物分子（zǐ）形（xíng）狀改變與（yǔ）/或引起（qǐ）諸（zhū）如荷電、厚度、質量、熱量或光學等物理量的變化。此種經由分子（zǐ）辨（biàn）認─結合類型的生物傳感器有免疫傳感器、化（huà）學受（shòu）體傳感（gǎn）器（qì）等，其分析可為荷爾蒙、蛋（dàn）白質、醣類、抗（kàng）原或抗體，而相對應的受體可為荷（hé）爾蒙受體、染劑、外源凝集素(lectins)、抗體或抗原等。 　2.生物（wù）催化型感應器(Biocatalytic biosesensors) 　　此類傳感器之信號偵（zhēn）測並不在於分子辨認─結合的階段，而且當（dāng）固定劃分子與待測（cè）物反應後（hòu），產生生化代謝物質，再（zài）經特定電極偵測特定代謝物後以電子訊號表現出來（lái）。最為人所熟悉的為屬第一代生物傳感器的酵素電極（jí）。目前有關此類生物傳感器（qì）的兩個主（zhǔ）要研究發展方向為(1)使用酵素（sù）共軛（è）物(enzyme conjugates)、環係酵素群(cycling enzymes)和係列酵素來（lái）組合生物傳感器，(2)使用微生物細胞或動、植物組織切片或可滲透性細胞(permealized cells)等來當作分子辨認組件。 三、生物傳（chuán）感器在當前的主要應用領域 　1.發酵工業 　　因為發酵過程中（zhōng）常存在對酶的幹擾物質，並（bìng）且發酵液往往不是清澈透明的，不適用於光譜（pǔ）等方法測定（dìng）。而應用微生物傳感器則（zé）極有可能消除幹擾，並且不受發酵液混濁程（chéng）度的限製。同時，由於發酵工業是大規模（mó）的生產，微生物（wù）傳感器其成（chéng）本低設（shè）備簡單的特點使其具有極大的優勢。所以具有成本低、設備簡單、不受發（fā）酵液混濁程度的（de）限製（zhì）、能消除發酵過程中幹擾物質的幹擾的微生物傳感器發酵工業（yè）中得到了廣（guǎng）泛的應用。 　2.食品工業 　　生物傳感器可以用來檢測食品（pǐn）中營養成分和（hé）有害成（chéng）分的含量、食品的新（xīn）鮮程度等。如已經開（kāi）發出來的酶電極型生物傳感（gǎn）器（qì）可用來分析白酒、蘋果汁、果醬和蜂蜜中的葡萄糖含量，從而（ér）衡量水果的成熟度。采用亞（yà）硫酸鹽氧化酶為敏感材料製成的電流型二氧化硫酶電極（jí）可用於測定食品中的亞硫（liú）酸含量。此外，也有（yǒu）用生物傳（chuán）感器測定色素和乳化劑的應用。 　3.醫學（xué）領域 　　生物傳感器在（zài）醫學領域也發（fā）揮著越來越大的作用：臨床上用免疫傳感器等生物傳感器來檢測體液中的各種化學成分，為醫生的診斷提供依據（jù）；在軍事醫學中（zhōng），對生物毒素的及時快速（sù）檢測是防禦（yù）生物武器的有效措施。生（shēng）物傳感器已應用於監測多種細菌、病毒及其毒素。生物傳感器還（hái）可以用來測量乙酸、乳酸、乳（rǔ）糖、尿酸（suān）、尿素、抗生素、穀（gǔ）氨酸等各種氨基酸，以及各種致癌和致變物質。 4.環境（jìng）監測 　　環保問題已經引起了全球性的廣泛關（guān）注，用於環境監測的專業儀器市場也越來越大，目前已經（jīng）有相當（dāng）數量的生物傳感器投入到大氣和水中各種汙染物質含量的（de）監測中（zhōng）去，在發達國家如英國、法（fǎ）國、德國、西班（bān）牙和（hé）瑞典，在水質檢測過程都采用了生物冷光（guāng）型（xíng）的生物傳感器。生物（wù）傳感（gǎn）器因（yīn）其具有快速，連續（xù）在線監測的優點（diǎn），相信在未來，還會有更廣（guǎng）泛的應用。 四、未來（lái）的展望 　　生物傳感器是一個多學科交叉的（de）高技術領域（yù），伴隨著生物科學、信息科學和材料科學等相關學科（kē）的高速發展，生物（wù）傳感器的發展將會有以下新特點： 1.功能（néng）更加全麵，並向微型化發（fā）展 　　未來的生物傳感器將進一步涉及醫療保健、食品檢測、環境監測、發酵工（gōng）業（yè）的各個領域。當前生物傳（chuán）感器研究中的重要內容之一（yī）就是研究能代替生物視覺、聽覺和觸覺等（děng）感覺器官的生物傳感器,即仿生傳感器。而且隨著微加工技術和納米（mǐ）技術的進步，生物傳感（gǎn）器將不斷地微型化，各種便攜式生物傳感器的出現（xiàn）使人們麵前。 2.智能化程度（dù）更高 　　未來的生物傳感器將會和計算機完美緊密的結合，能夠自動采集數據（jù）、處理（lǐ）數據（jù），可以更（gèng）科學、更準確地提供結果，實現采樣、進樣、最終形成檢測的自動化係統。同時, 芯片技術將越來越多地進入（rù）傳感器領域,實現（xiàn）檢測係統的集成（chéng）化、一體化。 　　但是，要使生物傳感器盡快被市場接受，還要具備以下條（tiáo）件： 　　（1）足夠的敏感性和準確性。 　　（2）操（cāo）作簡單。 　　（3）價格便宜，容易進行批量生產。 　　（4）生產過程中進行質量（liàng）監測。 　　（5）使用壽命長。 　　相信隨著一些關鍵技術（如固定化技術）的進一步完善，隨著（zhe）人們對生物體認識的不斷深入，隨著各學科的不斷發展，生物傳感器必將在未來必將會（huì）更大的作為。