無標(biāo)記型生物傳感器的研究進(jìn)展

張克輝，曹燕燕，田 野，王磊

（1.河北建筑工程學(xué)院電氣工程學(xué)院，河北張家口 075000；2.河北北方學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北張家口 075000；3.河北北方學(xué)院理學(xué)院，河北張家口 075000）

0 引言

生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展使得用于生物醫(yī)學(xué)檢測分析的生物傳感器技術(shù)面臨越來越大的挑戰(zhàn)。為了從生物醫(yī)學(xué)檢測中獲取更高質(zhì)量的信息，應(yīng)用先進(jìn)傳感技術(shù)和敏感材料的新型生物醫(yī)學(xué)傳感器技術(shù)已經(jīng)成為近年來學(xué)術(shù)界的研究熱點，生物醫(yī)學(xué)傳感器開始向自動化、高安全性、高靈敏度、集成化和實現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測等方向發(fā)展。

生物傳感器是一種新型傳感器，利用與敏感元件所結(jié)合的分析物或化學(xué)基團(tuán)來測量生物學(xué)或仿生學(xué)信號。通過生物敏感材料與包括酶、抗體、抗原、蛋白質(zhì)、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性被測分析物結(jié)合，再經(jīng)過一定的理化換能器，觸發(fā)一種或多種物理、化學(xué)特性的改變，例如pH 值的改變、電子的轉(zhuǎn)移、質(zhì)譜的改變、熱轉(zhuǎn)移、氣體或特異性離子的攝入或釋放，將其轉(zhuǎn)變成可測信號，從而實現(xiàn)被測物的定性及定量分析[1]。

圖1 基于檢測技術(shù)的生物傳感器分類[2]

生物傳感器的分類方法很多，根據(jù)檢測技術(shù)可以分為無標(biāo)記檢測和標(biāo)記檢測[2]，如圖1 所示。標(biāo)記檢測技術(shù)使用“標(biāo)簽”來檢測特定分析物。常用的3種標(biāo)記檢測技術(shù)有熒光[3]、化學(xué)發(fā)光[4]和放射性[5]。熒光可以看作一種短時發(fā)光（<1 μs），是目前首選和使用最廣泛的檢測方法，其原理是將帶有標(biāo)記的目標(biāo)分子裝載在固定探針分子（如抗體）表面。熒光標(biāo)記檢測技術(shù)在標(biāo)記和純化過程中會導(dǎo)致樣品損失，偶爾還會導(dǎo)致功能喪失，且大多數(shù)熒光團(tuán)在光照下會很快變白，對溶液的pH 值同樣非常敏感。化學(xué)發(fā)光是一種光輻射現(xiàn)象，由化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生，具有靈敏度高、分析速度快等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各大分析領(lǐng)域。其缺點主要在于有限的特征分辨力和動態(tài)范圍，且只能檢測一次。放射性檢測是利用放射性同位素進(jìn)行標(biāo)記，適用于要求高靈敏度和分辨力的檢測。然而，出于對放射性物質(zhì)安全性處理的考慮，很難實現(xiàn)自動化操作，因此局限于低吞吐量的應(yīng)用。

無標(biāo)記檢測技術(shù)是另一種越來越受到關(guān)注的新技術(shù)，不需要對適配體或受體進(jìn)行標(biāo)記，卻可以篩選出具有生物活性的分子相互作用和進(jìn)行細(xì)胞反應(yīng)，提供選擇性、親和性乃至動力學(xué)和熱力學(xué)的相關(guān)詳細(xì)信息，該技術(shù)近年來取得了巨大的進(jìn)展[6-9]。……