生物傳感器的原理及應用摘要:隨著信息技術與生物工程技術的發(fā)展，生物傳感器得到了極為迅速的發(fā)展，當今各發(fā)達國家都把生物傳感器列為21世紀的關鍵技術，給予高度的重視。生物傳感器不僅廣泛用于傳統醫(yī)學領域，推動醫(yī)學發(fā)展，而且還在空間生命科學、食品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測和軍事等領域廣泛應用。關鍵詞:生物傳感器；原理；應用；發(fā)展Abstract:Asinformationtechnologyandbiologicalengineeringtechnology,bio-sensorshasbeenveryrapiddevelopment，today'sdevelopedcountriesregardthebiosensortechnologyasthekeytothe21stcentury,givenahighpriority.Biosensorsarewidelyusedintraditionalmedicinenotonlytopromotethedevelopmentofmedicine,butalsoinspacelifescience,foodindustry,environmentalmonitoringandwidelyusedinmilitaryandotherfields.Keywords:biosensor;principle;application;development目錄引言 4生物傳感器的原理 4生物傳感器的應用 5生物傳感器在醫(yī)學領域的應用 5.基于中醫(yī)針灸針的傳感針 5.生物芯片 5.生物傳感器的臨床應用 5生物傳感器在非傳統醫(yī)學領域的應用 63.2.1．在空間生命科學發(fā)展中的應用 63.2.2．在環(huán)境監(jiān)測中的應用 63.2.3．在食品工程中的應用 63.2.4．在軍事領域的應用 6生物傳感器的未來 7結束語 7參考文獻 7一.引言生物傳感器是生物技術群的一個領域，也是典型的多學科交叉生長點，涉及到生命科學、物理、化學、信息科學等眾多學科和技術。由于生物傳感器具有操作簡便、快速、準確、易于聯機及重復使用等特點，在生命科學研究、醫(yī)學生物工程臨床診斷與分析、生物工藝過程檢測與監(jiān)控、環(huán)境質量檢測、食品科學、化學化工過程分析及分析化學研究等許多方面都有廣泛的應用前景。二.生物傳感器的基本原理生物傳感器的傳感原理如(圖1)表示，其構。成包括兩部分:生物敏感膜和換能器。被分析物擴散進入固定化生物敏感膜層，經分子識別，發(fā)生生物學反應，產生的信息繼而被相應的化學換能器或物理換能器轉變成可定量和可處理的電信號，再經檢測放大器放大并輸出，便可知道待測物濃度。生物敏感膜又稱分子識別元件，它們是生物傳感器的關鍵元件(表1)，直接決定傳感器的功能與質量。依生物敏感膜所選材料不同，其組成可以是酶、核酸、免疫物質、全細胞、組織、細胞器或它們的不同組合，近年來還引人了高分子聚合物模擬酶，使分子識別元件概念進一步延伸。換能器的作用是將各種生物的、化學的和物理的信息轉換成電信號。生物學反應過程產生的信息是多元化的，微電子學和傳感器技術的現代成果為檢測這些信息提供了豐富的手段，使得研究者在設計生物傳感器時換能器的選擇有足夠的回旋余地。三.生物傳感器的應用3.1．生物傳感器在醫(yī)學領域的應用3.1.1.基于中醫(yī)針灸針的傳感針基于中醫(yī)針炙針的傳感針是以中醫(yī)針灸針為基體，應用多種現代技術加工制作后，賦予其傳感人體微區(qū)中的溫度、pH值、氧分壓、多巴胺，Ca2+,K+,Na+等信息的新功能而得的一種特殊傳感針。它具有傳感與治療兩種功能，既能實時傳感出人體微區(qū)中各種生理、生化參數，并進行人體微區(qū)的動態(tài)監(jiān)測，又能按中醫(yī)針刺的實施治病理療法。與其它生物傳感器相比，它具有能直接進入被測對象體內，不需取樣，操作簡單，測量快速，結果可靠，實時顯示測量結果等優(yōu)點。傳感針的基本設計:它是以普通針灸針(或根據應用學科的具體外形要求用外直徑為0.3~0.4mm的空心不銹鋼竹)作為基體加工而成的。一般制備過程為:對針灸表面進行清潔處理或用處理液浸泡；針尖上鍍相應的合金和相應參數的敏感膜，然后再覆蓋上有機高分子功能保護的材料;針體鍍絕緣膜，使之有耐、提、插、捻、轉的機械作用，這一點是由它的傳感和治療雙重功能決定的;用戊二醛消毒液消毒;根據不同的參數特性配上相應的測量儀，進行直接讀數;在實驗室經過反復浸泡、沖洗實驗并進行動物實驗，使它們的主要性能指標(如線性范圍、響應時間、分辨率、零點漂移、壽命等)達到要求標準。目前己制成的有溫度傳感針、氧分壓傳感針、pH傳感針、Ca2+傳感針和多巴胺傳感針等。若還能進一步微型化，還可用于細胞內環(huán)境的監(jiān)測。此外，還可研制離了生物傳感針，如K+傳感針、Na+傳感針、中樞神經遞質傳感針、酶傳感針、抗體傳感針、受體傳感針、激素傳感針、DNA傳感針、RNA傳感針，并進而研制多參數、微型化與智能化的傳感針。3.1.2.生物芯片是具有某些特種功能的分子器件。如細胞色素C的傳導性，其氧化態(tài)與還原態(tài)之間的傳感性相差一千倍。除了上述傳感器，國外正在開發(fā)半導體生物傳感器，它包括一個參考電極和一個PH值量子場效應品體管感應膜，膜上固定有酶和微生物，當固定酶和微生物分別與待測物反應時，PH值發(fā)生變化，那么輸出的電流或電壓就可測定，這就完成了對參加反應的化學物質的定量分析。如果把這些信號同計算機輸人端聯接，按一定的軟件程序，那么，可開發(fā)生物模擬計算機。3.1.3.生物傳感器的臨床應用1、在預防醫(yī)學中，應用生物傳感器可將內外環(huán)境的監(jiān)測統一起來。例如，乙酸膽堿傳感器既可用于外環(huán)境中有機磷農藥的監(jiān)測，又可用于評價這種農藥進入人體后可能對神經傳遞過程產生的影響。2、由于現代醫(yī)學研究已進人細胞和生物分子水平，微型生物傳感器的問世為了解細胞內的代謝過程和生物大分子的運動變化提供了信息。目前的微型傳感器已能插入細胞內進行監(jiān)測。日本研究的一種蚊子型生物傳感器，其探頭只有0.5微米粗，可直接刺入人體病變細胞，邊檢查邊由計算機顯示出病變信號。3、血液探針:日本和北美的幾家公司研制出一種外形象電子筆一樣的生物傳感器。在這種傳感器的“筆尖”上滴一滴血，3分鐘后便可由液晶數字顯示器讀出血糖濃度。它的問世使糖尿病患者呆在家中即可自己測血糖變化。4、神經傳導性傳感器:目前，科學家們正在研制能植入人體的生物傳感器，并已取得了突破性進展。如植入機體內的生物傳感器能幫助恢復神經系統損傷所留下的后遺癥。建立起人工傳感器和大腦之間的聯系。放于靜脈或動脈中的葡萄糖傳感器能持續(xù)不斷地監(jiān)測血糖濃度，并將指令送人一個植人的胰島素泵，幫助病人直接控制胰島素釋放量。這種傳感器還能為癌癥患者監(jiān)測所用的抗癌藥物的血液濃度。3.2生物傳感器在非傳統醫(yī)學領域的應用生物傳感器除了應用于傳統的醫(yī)學領域，如動態(tài)檢測人體血壓、體溫、血液酸堿度、血氧含量，檢測酶活性、蛋白質等生化指標方面，還在其它非傳統醫(yī)學領域獲得了應用。3.2.1在空間生命科學發(fā)展中的應用空間飛行對生命系統產生重大影響的問題很多。如調查在微重力環(huán)境和空間飛行中對大鼠生命的影響，必須在一段長時間內允許它們相對自由行動中進行。這些研究用現在的儀器檢測技術和數據收集系統是無法做到的，而可植入的生物傳感器和微型生物遙測術的結合在這方面有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α？梢灶A計可植入生物體內傳感器和生物遙測技術的結合將使得靈活方便地遠距離測量連續(xù)在線的資料獲得成為可能。關于它的研究將推動現代醫(yī)學和空間生命科學的迅速發(fā)展。3.2.2在環(huán)境監(jiān)測中的應用傳統的環(huán)境監(jiān)測通常采用離線分析方法，操作復雜，所需儀器昂貴，且不適宜進行現場快速監(jiān)測和連續(xù)在線分析。隨著環(huán)境污染問題日益嚴重，生物傳感器在建立和發(fā)展連續(xù)、在線、快速的現場監(jiān)測體系中發(fā)揮著重要作用。（1）水質監(jiān)測生化需氧量(BOD)是衡量水體有機污染程度的重要指標，BOD的研究對于水質監(jiān)測及處理都是非常重要的此研究也成為水質檢測科技發(fā)展的方向。BOD的傳統標準稀釋法所需時間長，操作繁瑣，準確度差，BOD傳感器不僅能滿足實際監(jiān)測的要求，并具有快速、靈敏的特點。自1977年首次將絲孢酵母菌分別用聚丙酰胺和骨膠原固定在多孔纖維素膜上，利用BOD微生物傳感器測定水中BOD以來，此項技術得到了迅速的發(fā)展。目前，已有可用于測定廢水中BOD值的生物傳感器和適于現場測定的便攜式測定儀。隨著BOD快速測定研究的不斷深入，研究發(fā)現BODst(快速BOD測定值)還可作為在線監(jiān)測生物處理過程的一個重要參數。（2）大氣質量監(jiān)測生物傳感器可監(jiān)測大氣中的CO2，NO，NH3及CH,等。AntonelliM等人采用地衣組織研制了一種傳感器，有望用于對大氣、水和油等物質中苯的濃度的監(jiān)測。用多孔滲透膜、固定化硝化細菌和氧電極組成的微生物傳感器，可測定樣品中亞硝酸鹽含量，從而推知空氣中NO的濃度，其檢測極限為1xl0mol／L。3.2.3.在食品工程中的應用食用牛肉很容易被大腸桿菌0157.H7.所感染，因此需要快速、靈敏的方法檢測和防御大腸桿菌0157.H7.一類的細菌。2021年，Kramer等人研究的光纖生物傳感器可以在幾分鐘內檢測出食物中的病原體，如大腸桿菌0157.H7.，而傳統的方法則需要幾天。生物傳感器可以直接測量102CFU(菌落形成單位)的大腸桿菌0157.H7.。檢測病原體之后即可以將它分離到培養(yǎng)基上生長。從檢測出病原體到從樣品中重新獲得病原體并使它在培養(yǎng)基上獨立生長總共只需1天時間，而傳統方法需要4天。還有一種快速靈敏的免疫生物傳感器可以用于測量牛奶中雙氫除蟲菌素的殘余物。它是基于細胞質基因組的反應，通過光學系統傳輸信號，己達到的檢測極限為16.2nd/mL。一天可以檢測20個牛奶樣品。3.2.4在軍事領域的應用生物傳感器在化學、生物戰(zhàn)劑的偵檢方面具有獨特的優(yōu)勢。生物傳感器已應用于監(jiān)測多種細菌、病毒及其毒素(如炭疽芽胞桿菌、鼠疫耶爾森菌、埃博拉出血熱病毒、肉毒桿菌類毒素等)，2021年，美軍報道已研制出可檢測土拉弗菌、蓖麻素、肉毒毒素和葡萄球菌腸毒素B等4種生物戰(zhàn)劑的免疫傳感器。在化學戰(zhàn)劑檢測中研究和使用最多的是乙酰膽堿脂酶傳感器。20世紀5O年代，就有人設計了沙林毒劑的酶檢測方法，可檢出0．1—0．5×10的沙林，這一方法至今仍被國際上普遍用于神經性毒劑偵毒包和報警器中。四．生物傳感器的未來未來生物傳感器在醫(yī)學領域中將有很大的發(fā)展?jié)摿?發(fā)展趨勢將在以下幾個方面：①應用領域不斷拓寬由于生物傳感器潛在的巨大優(yōu)勢,它必將向更廣闊的應用范圍發(fā)展。如向心理學方面發(fā)展。研制心理傳感器,傳感人們的心理活動,這對心理學、生理學以及社會科學的研究都將有推動作用。此外,傳感器在仿生學方面將有更大發(fā)展。光導纖維可代替人的神經纖維,效應管生物傳感器可起到細胞膜的作用。總之生物傳感器將向醫(yī)學所有領域伸展。②小型化、集成化未來的生物傳感器將趨于小型化,向體內監(jiān)測、在線監(jiān)測的方向發(fā)展。已報道有植入體內的微小傳感器實時監(jiān)測血糖變化或通過病人腦電波的監(jiān)測預知癲癇的發(fā)作。同時芯片技術將愈加進入傳感器,實現檢測系統的集成化、一體化。③智能化未來的生物傳感器必定與計算機緊密結合,自動采集數據、處理數據,更科學、更準確地提供結果,采樣、進樣、結果一條龍,形成檢測的自動化系統。④聯用技術生物傳感器將不斷與其它分析技術聯用,如流動注射技術、色譜等,互相取長補短。生物傳感器必將在發(fā)展中不斷完善,成為醫(yī)學發(fā)展的巨大推動力。五．結束語生物傳感器可以取代常規(guī)的化學分析方法，因此，它的出現可以說是一場技術革命。人類基因組計劃的實施大大加速了與生物學、醫(yī)學、信息學等學科息息相關的各類新型生物傳感器的發(fā)展，這給當前生物傳感器的研究提供了前所未有的發(fā)展機遇。生物傳感器作為多學科交叉的高科技領域，如何組織各方面的科技力量和財力、物力來推動這一高科技領域在我國的發(fā)展，不僅是對生物、信息、物理、化學、醫(yī)學、微電子、材料等相關領域中科技人員的挑戰(zhàn)，也是有關行政管理部門面臨的一個課題。參考文獻：[1]許文娟，焦晨旭．生物傳感器的發(fā)展應用及前景[J]．化工中間體.2021(11)[2]謝佳胤,李捍東,王平,李霽．微生物傳感器的應用研究[J]．現代農業(yè)科技體.2021(6)[3]馬莉萍,毛斌,劉斌,李工農,韓根亮,劉國漢．生物傳感器的應用現狀與發(fā)展趨勢[J]．傳感器與微系統.2021,28(4)[4]楊艷．生物傳感器的發(fā)展及應用[J]．茂名學院學報.2021.8[5]孫幼娟,袁啟明．生物傳感器的發(fā)展趨勢[J]．上海生物醫(yī)學工程.1996.17(3)

論大學生寫作能力寫作能力是對自己所積累的信息進行選擇、提取、加工、改造并將之形成為書面文字的能力。積累是寫作的基礎，積累越厚實，寫作就越有基礎，文章就能根深葉茂開奇葩。沒有積累，胸無點墨，怎么也不會寫出作文來的。寫作能力是每個大學生必須具備的能力。從目前高校整體情況上看，大學生的寫作能力較為欠缺。一、大學生應用文寫作能力的定義那么，大學生的寫作能力究竟是指什么呢？葉圣陶先生曾經說過，“大學畢業(yè)生不一定能寫小說詩歌，但是一定要寫工作和生活中實用的文章，而且非寫得既通順又扎實不可?！睂τ诖髮W生的寫作能力應包含什么，可能有多種理解，但從葉圣陶先生的談話中，我認為：大學生寫作能力應包括應用寫作能力和文學寫作能力，而前者是必須的，后者是“不一定”要具備，能具備則更好。眾所周知，對于大學生來說，是要寫畢業(yè)論文的，我認為寫作論文的能力可以包含在應用寫作能力之中。大學生寫作能力的體現，也往往是在撰寫畢業(yè)論文中集中體現出來的。本科畢業(yè)論文無論是對于學生個人還是對于院系和學校來說，都是十分重要的。如何提高本科畢業(yè)論文的質量和水平，就成為教育行政部門和高校都很重視的一個重要課題。如何提高大學生的寫作能力的問題必須得到社會的廣泛關注，并且提出對策去實施解決。二、造成大學生應用文寫作困境的原因：（一）大學寫作課開設結構不合理。就目前中國多數高校的學科設置來看，除了中文專業(yè)會系統開設寫作的系列課程外，其他專業(yè)的學生都只開設了普及性的《大學語文》課。學生寫作能力的提高是一項艱巨復雜的任務，而我們的課程設置僅把這一任務交給了大學語文教師，可大學語文教師既要在有限課時時間內普及相關經典名著知識，又要適度提高學生的鑒賞能力，且要教會學生寫作規(guī)律并提高寫作能力，任務之重實難完成。（二）對實用寫作的普遍性不重視?！按髮W語文”教育已經被嚴重地“邊緣化”。目前對中國語文的態(tài)度淡漠，而是呈現出全民學英語的大好勢頭。中小學如此，大學更是如此。對我們的母語中國語文，在大學反而被漠視，沒有相關的課程的設置，沒有系統的學習實踐訓練。這其實是國人的一種偏見。應用寫作有它自身的規(guī)律和方法。一個人學問很大，會寫小說、詩歌、戲劇等，但如果不曉得應用文寫作的特點和方法，他就寫不好應用文。（三）部分大學生學習態(tài)度不端正。很多非中文專業(yè)的大學生對寫作的學習和訓練都只是集中在《大學語文》這一門課上，大部分學生只愿意被動地接受大學語文老師所講授的文學經典故事，而對于需要學生動手動腦去寫的作文，卻是盡可能應付差事，這樣勢必不能讓大學生的寫作水平有所提高。（四）教師的實踐性教學不強。學生寫作能力的提高是一項艱巨復雜的任務，但在教學中有不少教師過多注重理論知識，實踐性教學環(huán)節(jié)卻往往被忽視。理論講了一大堆，但是實踐卻幾乎沒有，訓練也少得可憐。閱讀與寫作都需要很強的實踐操作，學習理論固然必不可少，但是閱讀方法和寫作技巧的掌握才是最重要的。由于以上的原因，我們的大學生的寫作水平著實令人堪憂，那么如何走出這一困境，筆者提出一些建議，希望能對大學生寫作水平的提高有所幫助。三、提高大學生應用寫作能力的對策（一）把《應用寫作》課設置為大學生的必修課。在中國的每一所大學，《應用寫作》應該成為大學生的必修課。因為在這個被某些人形容為實用主義、功利主義甚囂塵上的時代，也是個人生存競爭最激烈的時代，人們比任何時代都更需要學會寫作實用性的文章，比如職場競爭中的求職信，生活中的財經文書、法律文書等，以提高個人的生存競爭能力。（二）端正大學生的學習態(tài)度。首先，要讓大學生充分認識到實用寫作課的重要性，這門課關乎到他人生的每一個方面，諸如就職，求愛，理財，人際交往等，是他終生都需要使用的一些基礎性的知識，也是他必備的一項生存技能。其次，實用寫作有它自身的規(guī)律和方法。它不是你想怎樣寫都行的，它有嚴格的格式性的要求，所以需要系統的研究學習。最后，實用寫作課的實踐性