我国电化学生物传感器的研究进展
电信号分子在电化学功能核酸生物传感器中的研究进展
·综述与专论·2019, 35(5):157-169生物技术通报BIOTECHNOLOGY BULLETIN核酸除了作为遗传物质的载体之外，还可以与一些天然存在或人工合成的小分子或离子结合，并发生构象的改变；或是在这些靶分子的存在下，具有类似蛋白酶的催化活性，可以催化底物发生切割或连接反应，这一类核酸称为功能核酸（Functional nucleic acids，FNAs）［1-2］。
FNAs 主要有两类［3］，一类是与靶物质结合时可发生构象改变的适配体（Aptamer）；另一类是有酶催化活性的脱氧核酶（DNAzyme）和G -四链体（富含腺嘌呤的DNA 所形成的四链体结构）与氯化血红素的复合物收稿日期：2018-07-02基金项目：转基因重大专项（2018ZX08012-001-004）作者简介：谢银侠，女，硕士研究生，研究方向：核酸分子检测；E -mail ：2913130957@ 通讯作者：许文涛，男，副教授，博士生导师，研究方向：功能核酸生物传感器检测技术；E -mail ：xuwentao@电信号分子在电化学功能核酸生物传感器中的研究进展谢银侠 王蔚然 程楠 许文涛（中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100081）摘 要： 电信号分子是应用于功能核酸电化学生物传感器中起着信号转换作用的具有电化学活性且能够和核酸相互作用或是可以标记在核酸链上的一类分子的统称。
电信号分子对于功能核酸电化学生物传感器是必不可少的一部分，它对于电化学生物传感器检测的灵敏度和应用的普及性都至关重要。
简要介绍了5大类电信号分子，即染料类电信号分子、金属有机配合物类电信号分子、纳米材料类电信号分子、类过氧化氢酶类电信号分子、有机小分子类电信号分子，详细阐述了这些电信号在功能核酸电化学生物传感器中的应用，主要从产生电信号的方式、实际应用以及每种电信号的使用优缺点进行分析，并对新的电信号分子的发现或设计进行了展望，以期对后续有关电信号的研究有借鉴作用。
电化学传感器的应用前景及未来发展趋势
电化学传感器的应用前景及未来发展趋势一、电化学传感器的应用前景电化学传感器广泛应用于工业和民用领域的气体检测，可检测臭氧、甲醛、一氧化碳、氨气、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮、氧气等多种气体，常用于便携式仪表和气体在线监测仪表中。
下面我们来看看四大主要应用。
1、湿度传感器湿度是空气环境的一个重要指标，空气的湿度与人体蒸发热之间有着密切关系，高温高湿时，由于人体水分蒸发困难而感到闷热，低温高湿时，人体散热过程剧烈，容易引起感冒和冻伤。
人体最适宜的气温是18~22℃，相对湿度为35%～65%RH。
在环境与卫生监测中，常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。
近年来，大量文献报道用传感器测定空气湿度。
用于测定相对湿度的涂覆压电石英晶体用传感器,通过光刻和化学蚀刻技术制成小型石英夺电晶体,在AT切割的10MHZ石英晶体上涂有4种物质,对湿度具有较高的质量敏感性.该晶体是振荡电路中的共振器,其频率随质量变化,选择适当涂层,该传感器可用于测定不同气体的相对湿度.该传感器的灵敏度、响应线性、响应时间、选择性、滞后现象和使用寿命等取决于涂层化学物质的性质。
2、氧化氮传感器氧化氮是氮的各种氧化物所组成的气体混合物的总称，常以NOX表示。
在氧化氮中，不同形式的氧化氮化学稳定性不同，空气中常风的是化学性质相对稳定的一氧化氮和二氧化氮，它们在卫生学上的意义显得较其它形式氧化氮更为重要。
在环境分析中，氧化氮一般指一氧化氮二氧化氮。
我国监测氧化氮的标准方法是盐酸萘乙二胺比色法，方法灵敏度为0.25ug/5ml,方法转换系数受吸收液组成、二氧化氮浓度、采气速度、吸收管结构、共存离子及温度等多种因素的影响，未完全统一。
传感器测定是近年发展起来的新方法。
文献报道，用交指型栅极电极场效应晶体管的微电子集成电路与化学活性电子束蒸镀酞花青铜薄膜相结合，获得了新型气体敏感微传感器，可选择性检测mg/m3级二氧化氮和二惜内基甲基膦酸盐(DIMP)。
药物分析中的电化学生物传感技术研究
药物分析中的电化学生物传感技术研究药物分析是指通过一系列的实验方法来确定药物的组成、结构和性质，以及其在生物体内的代谢和作用机制。
电化学生物传感技术作为一种新兴的分析技术，结合了生物学、电化学和分析化学的原理，具备很高的灵敏度和选择性，被广泛应用于药物分析领域。
本文将探讨药物分析中的电化学生物传感技术的研究进展和应用前景。
一、电化学生物传感技术的原理电化学生物传感技术是利用生物分子（如酶、抗体、DNA等）与电化学探针之间的特异性相互作用，实现对药物的定量检测和分析。
其原理可分为两个主要部分：生物识别层和电化学检测层。
生物识别层通过生物分子与待测药物之间的特异性相互作用实现对药物的选择性识别，而电化学检测层则通过电流、电势或电导率等电化学信号来实现对药物的灵敏检测。
二、电化学生物传感技术的应用1. 药物分析电化学生物传感技术在药物分析中有着广泛的应用。
例如，可以通过测定药物与特定抗体之间的电化学反应来定量检测药物浓度，从而实现药物的质量控制和药效评价。
此外，还可以利用电化学生物传感技术研究药物在体内的代谢途径和药物分子的相互作用机制，为药物研发提供重要参考。
2. 生物传感器电化学生物传感技术在生物传感器的研究和发展中起到至关重要的作用。
生物传感器是一种将生物分子与传感器技术相结合的装置，可用于检测环境中的污染物、药物残留等物质。
其中，电化学生物传感技术通过特定生物分子与待测物质之间的相互作用，实现对目标物质的高灵敏度和高选择性检测。
3. 医学诊断电化学生物传感技术在医学诊断中也有着广泛的应用前景。
例如，可以利用电化学生物传感技术检测体液中的生物标志物（如蛋白质、DNA等），从而实现早期癌症筛查、疾病诊断和治疗效果监测等。
此外，在药物代谢动力学和药物安全性评估中，电化学生物传感技术还可以提供重要的实验数据。
三、电化学生物传感技术的研究进展近年来，随着科学技术的不断进步，电化学生物传感技术在药物分析领域得到了广泛关注和研究。
电化学生物传感器的研究与应用
电化学生物传感器的研究与应用电化学生物传感器是一种基于生物反应和电化学原理的新型传感器，它能够通过感受生物分子的电信号变化，实现对生物系统的检测和监测，具有高灵敏度、高专一性和高精度等特点。
目前，电化学生物传感器被广泛应用于生物、医学、环境等领域中，成为了一种热门的研究方向。
1. 传感器的原理及分类电化学生物传感器的原理基于电化学反应和生物作用的耦合，通过在电极表面修饰上生物分子，如酶、抗体、核酸等，当分子与目标分子结合时，会发生电化学反应，产生电信号，由此就可以检测出目标物质的存在及其浓度等参数。
根据传感电流的来源不同，电化学生物传感器可以分为阻抗型传感器和容抗型传感器两种类型。
2. 传感器的应用领域电化学生物传感器在生命科学、环境科学、化学等领域中有着广泛的应用。
在医学领域中，目前已经有多种电化学生物传感器被用于糖尿病、癌症、心血管等疾病的诊断与治疗。
在环境监测领域中，电化学生物传感器也是一种重要的工具，可以实现对大气污染、土壤污染、水质污染等方面的快速检测。
此外，在生物制药领域和生物安全领域中，电化学生物传感器也有着广泛的应用。
3. 传感器的发展趋势目前电化学生物传感器在灵敏度、专一性和稳定性等方面仍然存在一些问题，需要借助于新型的纳米材料、分子印迹技术、基因编辑技术等手段来改进和提升其性能。
同时，随着生物信息学、物联网技术的发展，电化学生物传感器将会走向可穿戴、远程监测等领域，成为生态智能监测和预警的一种新技术手段。
4. 结语随着生物技术的飞跃发展，电化学生物传感器将会成为一种非常重要的检测和监测手段，它具有着高灵敏度、高专一性和高精度等特点，有着广泛的应用前景。
我们应该加强对电化学生物传感器的研究和探索，不断提升其技术水平和性能，为人类的健康及环境保护做出更大贡献。
电化学发光免疫传感器的研究及应用现状
电化学发光免疫传感器的研究及应用现状摘要：电化学发光免疫技术是将高灵敏度的电化学发光和高特异性的免疫反应相结合的一种交叉学科研究的成果。
电化学发光主要应用在免疫系统、生物酶等方面的研究，而电化学发光免疫传感器在临床领域中有较明显的成果。
因此，本文将从电化学发光免疫传感器的研究和应用现状两个方面，对电化学发光免疫传感器进行进一步的研究，尤其在医学方面能够有更多突破，实现在更多领域中的应用。
关键词：电化学发光；免疫传感器；研究；应用现状；一、电化学发光免疫传感器的概念（一）电化学发光的概念电化学发光即电致化学发光，是一种通过在电极上施加一定电压，用来引发物质在电极表面进行电化学反应，反应产生的能量激发发光物质由基态迁移到激发态，处于激发态的物质不稳定会返回基态，在这一过程中会伴随光信号产生，产生光信号后通过光/电转换器，将光信号转换成电信号，来实现对目标物的检测。
ECL分析法不仅具有仪器简单，灵敏度高，还具有试剂用量少、时空可控性强等优点，现阶段，电化学发光技术已广泛应用于免疫分析、生物分子和其他生物分子检测中。
（二）免疫传感器的概念免疫传感器是一种将高特异性的免疫反应和高超的物理转换器结合起来的一种分析类器件。
由于免疫反应具有强的特异性，加之物理转换器的高的灵敏度，使得免疫传感器也成为一种有效检测样品的方法，受到人们的热切关注。
目前，免疫传感器也已经广泛地应用于临床医学检测等领域。
（三）电化学发光免疫传感器的概念电化学发光免疫传感器是一种将电化学发光与免疫传感器结合起来的一种具有很高免疫特性的一种装置。
利用电化学发光的高灵敏度的传感技术，再结合特异性免疫反应，最终可以达到一种对临床中微量物质进行定量的检测。
二、电化学发光免疫传感器的研究及应用电化学发光免疫传感器是将抗体或者抗原通过一定方式负载在电极上作为识别探针，当抗体与抗原发生特异性反应后，其产生的复合物与电化学发光信号之间建立一定关系，然后通过光电转换器，将光信号转换成电信号，从而对目标物进行检测。
电化学生物传感器的应用研究进展
公司制造 ，之后又 由 Ｌ ｅｓ ｏｔｒｐ和 Ｂｃ ｍ ｎ仪器公 司 ｅｄ ，Ｎ ｒ ｕ ｈ ｅｋ ａ 相继推 出，这些传 感器均 是用 于血糖 和尿糖 检测 的 电化 学
传感 器。２ 世 纪 ８ Ｏ Ｏ年代新型的生物传感器在实验室取得了
电化学 生物传感 器主要 由生物 分子识别 和信息转 换部 件两部分组合构成 。其设 计原 理是待 测物通 过生 物分 子识
存 储 、便 于 患 者 盲 接 傅 用 、易 与 医 院 联 网等 功 能 申 化 学
理作用过程彼此联 系。当待测 物 与分 子识别 元件 特异性 结 合后 ，所产 生 的复 合物 （ 光 、热等 ） 或 通过 信 号转 换器变 为
可 以输 出 的 申 信 号 、光 信 号 等 ．从 而 到分 析 柃测 的 目的
别部件将被感 知物 质 的非 电信 号转 换成 可测 量 的 电信息 ， 再经过放大信号处理 ，进行信号输 出（ １ 。其 中识别器件 图 ）
主要用来感知样 品 中是 否含有待 测物质 ，转换器 件则将 识 别器件感知的信 号转 化 为可 以观 察记 录 的信 号 （ 电流 大 如
科研进展 ，商 家对生 物传感 器种类 进～ 步扩展 ，相 继 出现 了血电介 质传感器 、有毒气 体和 易燃气体 传感 器、ＩＦ Ｔ ＳＥ — Ｄ Ｈ计 ，其 中电化学 传感 器 占多数 。２ 纪 ９ Ｏ世 Ｏ年代 以来 ， 微机电系统 （ ＭＳ ＭＥ ）加工技 术使 该类 传感器 及其 生化 分
式生物传感器等 （ ２ 。 图 ） ３ 电化学 生物传感器 的应 用
根据所采 用 的生 物相 关物 质 或所 匹配 换 能器 的 不 同 ，
电化学生物传感 器有 不同 的形 式 。根据 生物传 感器 中生 物 分子识别元件 上的敏感物质 町分 为酶传感器 、微生物传感
电化学传感器的研究和应用前景
电化学传感器的研究和应用前景随着科技的不断发展，人们对于环境和生命的关注也越来越多，因此对于环境和生命参数进行监测和分析变得越发重要。
在这个过程中，传感器成为了不可或缺的设备。
而电化学传感器则是当今传感器领域中一种广泛应用的传感器。
一、电化学传感器的研究背景电化学传感器是基于电化学原理制成的一种化学传感器。
其通过测量电极的电化学反应来检测环境中的化学物质。
由于其能够将化学反应转化成电信号进行分析，从而取代了传统化学分析方法中繁琐的热力学或光度学测量方式。
在电化学传感器的研究中，表面电化学技术是目前的一大研究方向。
表面电化学技术包括了电化学反应过程、电化学信号的传输以及电化学传感器的设计等方面。
表面电化学技术的研究可以提高传感器的灵敏度、响应速度以及选择性能，进一步拓展了电化学传感器的应用领域。
二、电化学传感器的应用领域电化学传感器主要用于环境监测、生命科学、食品安全以及工业控制等领域。
其中，环境监测领域是电化学传感器最大的应用领域之一。
电化学传感器可以监测水、空气以及土壤中的某些化学物质，如水中的溶解氧、氨氮、铜、铅等重金属离子。
在生命科学领域中，电化学传感器可以用于监测生物分子，例如蛋白质、细胞分子、DNA等。
电化学传感器在分子识别的灵敏度、选择性方面表现出了优异的性能，对于药物研发、医学领域以及生物学方面等有着重要的意义。
在食品安全领域中，电化学传感器也被广泛应用于食品中有害物质的检测，例如铅、汞等重金属的检测。
三、电化学传感器的发展前景随着现代传感器技术的不断进步，电化学传感器的研究和应用也得到了大力推进。
未来，电化学传感器的发展方向主要集中在以下几个方面：1. 应用领域的拓展随着人们对于环境、生命、食品安全等方面的关注度不断提高，电化学传感器的应用领域也将进一步拓展。
未来电化学传感器有望被广泛应用于生物医学检测和临床医疗、农业和环保监测等领域。
2. 提高灵敏度和选择性电化学传感器的灵敏度和选择性是其应用的重要指标。
电化学生物传感器的应用与展望
电化学生物传感器的应用与展望近年来，随着生物技术和纳米技术的快速发展，电化学生物传感器已经成为了一种具有广泛应用前景的技术手段。
它可以利用电化学的原理检测生物分子，具有高灵敏度、高选择性、实时检测等优点，在医疗诊断、环境监测、食品安全等领域有着广泛的应用前景。
本文将从电化学生物传感器的基本原理、种类以及其在不同领域中的应用展望等方面进行详细的探讨。
一、电化学生物传感器的基本原理电化学生物传感器利用了生物分子与电极表面的相互作用，在电化学反应中产生化学反应产物，从而实现对目标分子的检测。
具体来说，电化学传感器一般由三部分组成：生物识别层、转导器和数据显示与处理层三个部分组成。
其中生物识别层主要是利用生物分子与电极表面的相互作用完成分子识别；转导器则是将生物分子的分子识别转化成对应的电化学信号；而数据显示与处理层则是将电化学信号处理并呈现出来。
二、电化学生物传感器的种类电化学生物传感器按照检测分子的种类可以分为酶传感器、抗体传感器、核酸传感器、细胞传感器等。
其中酶传感器是一种较为常见的检测方式。
其原理是利用酶的生物催化作用检测目标分子。
将样品中的目标分子与一种专门能与目标分子发生反应的酶反应，形成产物。
产物的产生与目标分子的浓度成正比关系，因此可以通过检测产物的浓度间接地得到目标分子的浓度。
抗体传感器则是利用抗体与相应的抗原发生专一性的结合，实现对目标分子的选择性检测。
相比于酶传感器，抗体传感器对于目标分子的选择性更高。
核酸传感器则主要是在利用DNA或RNA对目标分子进行检测，并通过引物或蚀刻技术实现检测。
细胞传感器则是利用细胞的特性和生物行为来检测分子，如利用细胞的自发发生反应来判断药物毒性。
三、电化学生物传感器的应用展望电化学生物传感器在医疗预防、食品安全监测、环境实时监测等多方面都有着广泛的应用展望。
例如，在医疗预防领域中，电化学传感器可用于检测临床常见的亚硝酸盐、葡萄糖、尿酸等分子的浓度变化，从而实现临床诊断和预测；在食品安全监测中，电化学传感器可用于检测食品中的农药残留、细菌、重金属等物质，从而增强食品安全监管的效能；在环境监测中，电化学传感器可以检测大气中的有害气体浓度，水体中的水生生物毒性等指标，从而实现环境污染监测。
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的 电活性 物质 ．从 而将被 测成分 的浓 度或 活度变 化 转换成 与其 相关 的 电活性 物质 的浓度 变化 。并 通 过
界每年 要进 行数亿 次免 疫学 和遗传 学病 理检 验 。常
用 的检验 小 型化 分 析装 置 和检 测方 法 ． 为 目前现 成
２３ 第 三 代 电 化 学 生 物 传 感 器 ．
传 感器 的工作 原理 、 分类 及几个 当今 研究 的热点 。
１２ 电化学 生物传 感器 的类 别 ．
１ 电化 学 生物 传 感 器 概 述
１１ 电 化 学 生 物 传 感 器 的 原 理 ．
生 物传感 器 主要包 括生物 敏感 膜和 换能器 两部 分 。 照敏感 元件所 用 生物材 料 的不 同 ． 按 电化学 生物 传 感器分 为 酶 电极 传感 器 、 生物 电极传 感器 、 微 电化 学 免疫传 感器 、 组织 电极 与细 胞器 电极传 感器 、 电化 学Ｄ Ａ 感 器 等 ， 中酶 电极 由于其 高效 、 一 、 Ｎ 传 其 专 反 应条 件温 和且具 有化 学放 大作 用而成 为 电化学 生物 传 感 器 的研 究 主流 。
的生 物传 感 器 。当前 ， 电化 学 生物 传感 器技 术 已在
环境 监测 、 临床检验 、 食品和药 物分析 、 生化 分析 等
研究 中有着广 泛 的应 用 。本文 在此综 述 电化 学生物
生 物 敏 感 膜 换 能 器
图 １ 电 化 学 生 物 传 感 器 的 工 作 原 理
一
电极 获取 电流或 电位信 息 ，最后 实现特 定物 质 的检
类生 物传感 器 。生物传 感器 结合 具有分 子识 别作
测 。如 图１ 示 ， 所 这类传 感器 中使 用 的生 物 活性 材料 包 括 酶 、 生物 、 微 细胞 、 组织 、 抗体 、 抗原 等等 。
用 的生 物 体成 分 （ 、 生 物 、 酶 微 动植 物 组 织 切 片 、 抗
第 １ ２卷 第 ６期
重庆科 技学 院学 报 （ 自然科 学版 ）
２１ ０ ０年 １ ２月
我 国 电化 学 生 物传 感器 的研 究进 展
刘 艳 （ 长江 师范 学院 ， 重庆 ４ ８０ ） ０ １０
摘
要 ： 绍 电化 学 生 物 传 感 器 的 基 本 原 理 及 分 类 ； 述 电 化 学 生 物 传 感 器 的 发 展 历 程 ； 述 近 三 年 来 电化 学 生 物 介 阐 综
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ０ ２ １ — ７ ２
按 照检 测信 号 的不 同 ，电化 学生 物传感 器可 分
基 金 项 目 ： 庆 市 教 委科 学 技 术 研 究 资 助项 目（ Ｊ０ ３ ５ 重 Ｋｌ１ｌ） 作 者 简 介 ： 艳 （９ ８ ）女 ， 刘 １６ 一 ， 四川 乐 山人 ， 教 授 ， 究 方 向 为 电化 学 传 感 器 。 副 研
电化 学生 物 传感 器 是 将 生物 活性 材 料 （ 感 元 敏
件 ） 电化学 换 能器 （ 电化学 电极 ） 合起 来 组 成 与 即 结 的生 物传 感器 。 电化 学池 中溶 液 的化 学成 分 变化 当
时 ，电 极 上 流过 的 电流 或 电极 表 面与 溶 液 的 电势 差 会 随 之 发 生 变化 ，这 样 通 研 究 领域 的前沿课 题 。 １ ６ 年 ， ｌ ｋ 出将 生 物 和 传 感 器 联 用 的设 ９ ２ Ｃａ 提 ｒ 想 ， 制 得一 种新 型 分析 装 置 “ 电极 ” 并 酶 。这 为生 命 科 学 打开 一扇 新 的大 门 。 电极 也 成 为发 展 最早 的 酶
在 生命 科学 研 究 和 医学 临床 检 验 中 ， 对各 种 需 各 样 的生 物大 分子 进 行选 择性 测 定 。据 统 计 ． 世 全
变 化 就 可 以获 取 溶 液 成 分 或相 应 的化 学 反 应 的变
化信息。 电化 学生 物传感 器是 在上述 电化 学传感 器原 理 的基 础上 ， 以具 有生 物活性 的物 质作 为识别 元件 。 通
些荷 电物质产生亲合或排斥作用 。 能较 好改善酶等 生
输 出信 号 直接 和被测 物 浓度 呈 线性 关 系 ， 而成 为 研
究 最多 、 用最 广 的一种 类 型 。下 面 主要 介绍 电 流 应 型电化学 生物传感 器 。
物敏感组织以及媒介体的固定謇度； 同时， 其离子交换
特性还赋予 电极 预富集 、 离子交换 、 防污染等性 能 ． 这 类介体型生物传感器有效寿命有 的可达数月之久Ｉ。 ６ 一
传 感 器 中研 究 最 为 广 泛 的 电 流 型生 物 传 感 器 的 应用 。 关键词 ： 电化 学 ； 物 传 感 器 ； 特 异 性 吸 附 ； 白 质 吸 附 生 非 蛋
中图 分 类号 ： ６ ２ ０ ５ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３ １ ８ （ ０ ０ ０ — １ ３ ０ １７ — ９０ ２ １ ）６ ０ ５ — ３
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１ ３・ ５
刘 艳 ： 国 电化 学 生 物 传 感 器 的 研 究 进 展 我
为 电位 型 、 电流型 、 电导型 和电容 型 四种形 式 。就 目
可牢 固粘 附于 电极 表 面 ，通 过 自身 的荷 电基 团对 一
前 研究 情 况来看 ， 电流 型生 物 传感 器 由 于其 电极 的
原 和抗 体 、 酸） 生物 体本 身 ｆ 胞 、 核 或 细 细胞 器 、 织） 组 作 为敏 感元 件 与理 化换 能 器 ， 能产 生 间 断 的或 连续 的信 号 。 号强度 与被 分析 物浓度 成 比例 。 信 电化 学生 物 传感 器 是将 生 物 活性 材 料 （ 感元 敏 件 ） 电化 学换 能 器 （ 电化学 电极 ） 合起 来 组成 与 即 结