生化感測器技術簡述

Mondo 科技 更新 2024-02-02

感測技術是現代科學技術的前沿技術,是人們研究的熱門領域之一,在國民經濟建設中占有極其重要的地位,感測技術水平是衡量乙個國家科技發展水平的重要指標之一。 開發高靈敏度、高選擇性、快速響應、重現性好、應用廣泛的新型生化感測器,在藥物分析、疾病診斷、食品衛生和環境監測等領域具有重要意義。

生化感測器是指對生化材料敏感的一類感測器,能將被檢測物質產生的生物或化學反應轉化為相應的光訊號、電訊號、熱訊號等,可以識別。 生化感測器一般由識別元件、轉換器和訊號放大裝置三部分組成[1]。 其工作原理如圖1所示,當敏感元素(抗原、抗體、核酸、糖、脂、蛋白質、組織、細胞、微生物等生物活性物質)與目標分子結合或相互作用時,其理化性質和引數會相應變化,如光強、顏色、質量、電荷、共振頻率等的變化,然後通過訊號轉換器轉換為電訊號或光訊號, 經過放大和處理後,最後訊號將以適當的視覺化形式顯示出來。從而達到分析檢測的目的。

圖1 生化感測器的組成和原理示意圖。

1962年,第一台用於檢測血液中葡萄糖的生化感測器問世[2],此後又研製出大量不同型別的生化感測器,但只有少數能滿足商業應用的高可靠性要求。 近年來,微機電系統(MEMS)技術的出現為生化感測器的發展帶來了轉折點[3]。 MEMS是在微電子技術基礎上發展起來的尖端高新技術,通過將電子功能與機械、光學或其他功能相結合,已廣泛應用於農業、生物、醫學、資訊、自動控制、航空航天、軍事等領域[4]。 與傳統的機電系統技術相比,MEMS具有以下特點[5]:

1.小型化:MEMS器件體積小、重量輕、比表面積大、能耗低、慣量小、成本低,可批量生產。

2.整合:可以將多個具有不同功能和靈敏度的感測器整合到乙個中,形成乙個微感測器序列或微執行器陣列來完成特定的功能,並且可以將具有不同功能的裝置整合在一起,形成乙個強大的微系統。

3.以矽為主要材料,具有優良的機械和電氣效能:矽具有強度、硬度、重量輕、導熱性好等優點。

參考文獻: 1] 徐克軍, 馬秀水, 李曉林.感測器與檢測技術[M].北京: 電子工業出版社, 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] 劉光宇, 範尚春, 周浩民, 微機械與電子系統及其應用[M].北京: 北京航空航天大學出版社, 2003

4] 張東,關於MEMS發展趨勢與挑戰的思考[J].科技資訊發展與經濟, 2006, 24: 180-181

5] 馬強,李文石,朱震,MEMS研究現狀與進展[J].積體電路, 2004, 10: 57-61+21

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