传感技术是现代科学技术的前沿技术,是人们研究的热门领域之一,在国民经济建设中占有极其重要的地位,传感技术水平是衡量一个国家科技发展水平的重要指标之一。 开发高灵敏度、高选择性、快速响应、重现性好、应用广泛的新型生化传感器,在药物分析、疾病诊断、食品卫生和环境监测等领域具有重要意义。
生化传感器是指对生化材料敏感的一类传感器,能将被检测物质产生的生物或化学反应转化为相应的光信号、电信号、热信号等,可以识别。 生化传感器一般由识别元件、转换器和信号放大装置三部分组成[1]。 其工作原理如图1所示,当敏感元素(抗原、抗体、核酸、糖、脂、蛋白质、组织、细胞、微生物等生物活性物质)与目标分子结合或相互作用时,其理化性质和参数会相应变化,如光强、颜色、质量、电荷、共振频率等的变化,然后通过信号转换器转换为电信号或光信号, 经过放大和处理后,最后信号将以适当的可视化形式显示出来。从而达到分析检测的目的。
图1 生化传感器的组成和原理示意图。
1962年,第一台用于检测血液中葡萄糖的生化传感器问世[2],此后又研制出大量不同类型的生化传感器,但只有少数能满足商业应用的高可靠性要求。 近年来,微机电系统(MEMS)技术的出现为生化传感器的发展带来了转折点[3]。 MEMS是在微电子技术基础上发展起来的尖端高新技术,通过将电子功能与机械、光学或其他功能相结合,已广泛应用于农业、生物、医学、信息、自动控制、航空航天、军事等领域[4]。 与传统的机电系统技术相比,MEMS具有以下特点[5]:
1.小型化:MEMS器件体积小、重量轻、比表面积大、能耗低、惯量小、成本低,可批量生产。
2.集成:可以将多个具有不同功能和灵敏度的传感器集成到一个中,形成一个微传感器序列或微执行器阵列来完成特定的功能,并且可以将具有不同功能的设备集成在一起,形成一个强大的微系统。
3.以硅为主要材料,具有优良的机械和电气性能:硅具有强度、硬度、重量轻、导热性好等优点。
参考文献: 1] 徐克军, 马秀水, 李晓林.传感器与检测技术[M].北京: 电子工业出版社, 2008
2] clark l c jr, lyons c, electrode systems for continuous monitoring in cardiovascular surgery[j]. ann ny acad sci, 1962,102:29-45.
3] 刘光宇, 范尚春, 周浩民, 微机械与电子系统及其应用[M].北京: 北京航空航天大学出版社, 2003
4] 张东,关于MEMS发展趋势与挑战的思考[J].科技信息发展与经济, 2006, 24: 180-181
5] 马强,李文石,朱震,MEMS研究现状与进展[J].集成电路, 2004, 10: 57-61+21
热点引擎程序