MEMS生物传感器目前处于发展初期,未来潜力无限
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目前,许多发达国家都将BioMEMS的研发列为21世纪的关键技术,并不断加大相关研究与产业化的步伐。由于MEMS生物传感器涉及生物、医学、微电子等多个学科,技术和工艺十分复杂,目前更多处于研发阶段,未被广泛应用。
目前已知法国著名研究机构Cea-Leti已推出一款NEMS(纳米级别)的气体/生物传感器,可在分子级别实现对被测物进行洗脱峰检测;另外,有报道称西门子公司与德国慕尼黑大学合作研发出了基于MEMS技术的DNA电化学生物传感器,可用于检测大肠埃希菌O157:H7的特异性。
纳米级识别元件

基于NEMS技术的气体/生物检测平台

与其他MEMS传感器相比,MEMS生物传感器技术的成熟乃至实现商用化需要更长时间的积累。未来MEMS生物传感器在医学、食品工业、环境监测等领域具有广阔发展空间。
1、医学应用
MEMS生物传感器常与微分离器、微反应器等一同制成生物微机电系统(BioMEMS),由于其具有试剂消耗量少,检测效率高,环境污染小,体积小的优点,被广泛应用于医疗诊断的各个方面。
在临床医学中,酶电极是最早研制且应用最多的一种生物传感器,目前可用于检测血糖、乳酸、维生素C、尿酸、尿素、谷氨酸、转氨酶等。若用具有不同生物特征的微生物代替酶则可制成微生物传感器;若选择含某种酶较多的组织作为识别元件则被称为生物电极传感器,如用猪肾、兔肝、牛肝、甜菜、南瓜和黄瓜叶制成的传感器,可分别用于检测谷酰胺、鸟嘌呤、过氧化氢、酪氨酸、维生素C和胱氨酸等。
生物传感器中的DNA传感器还可用于基因诊断,帮助医生从DNA、RNA、蛋白质及其相互作用层次上了解疾病的发生、发展过程,并有望实现肿瘤的早期诊断。DNA传感器还可用于药物检测,如常用铂类抗癌药物等。
智能隐形眼镜通过眼泪测量血糖浓度

核酸适体作为生物传感器可检测凝血酶浓度

2、食品工业应用
生物传感器在食品工业中可用于测定分析食品成分、食品添加剂、有毒有害物及食品鲜度等。
MEMS生物传感器在食品工业中的应用

3、环境检测应用
在水质检测方面,生物传感器可用于检测生化需氧量(BOD),一个衡量水体有机污染程度的重要指标。传统BOD测量法所需时间长、操作复杂、准确度不高。而自1977年KurabeI等人首次将丝孢酵母菌固定在多孔纤维素膜上制成BOD微生物传感器用于测定BOD依赖,此项技术得到了迅速的发展。生物传感器还可用于检测水中的酚、三氯乙烯、硝酸盐及其他有机污染物。
在大气质量检测方面,生物传感器可用于检测大气中的CO2、NOx、NH3及CH4等。利用地衣组织制成的生物传感器还可以用于检测大气、水和油中苯的浓度。
微生物电极原理的BOD测定仪

4、军事医学应用
生物传感器在军事医学中也大有用处,可用于检测多种细菌、病毒及其毒素,如炭疽芽胞杆菌、鼠疫耶尔森菌、埃博拉出血热病毒、肉毒杆菌类毒素等。
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