传感器的创新与应用
1生物传感器的组成
1.1基本原理
生物传感器具体的工作原理是在以固定化细胞和固定化酶技术的基础上，通过生物学元件(功能性识别元件)对被测物进行识别和感知，并把这些所识别和感知的被测物根据一定的规律转化成为可识别的信号。其中通过生物敏感元件和被测物之间发生的特异反应和信号利用物理元件进行转换，通过转变把这些所产生的特异反应及信号转化为比较容易检测的信号(如光、电、声等)从而间接的获得待测物的相关信息。对于生物敏感元件而言，通常包括生物体、组织、细胞、细胞器、细胞膜、酶、酶组分、感受器、抗体、核酸等。在对所产生的反应进行转换时所采用的转换器有很多种，其中有电热测量式、电流测定式、电导率测量式、阻抗测定式、光强测量式、热量测定式、声强测量式以及机械式和“分子”电子式等等.
1.2分类
对生物传感器的分类主要是因其中所采用的生物分子识别元件的不同，目前生物传感器主要有酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、DNA传感器、组织传感器及细胞传感器等几类、现我国国内所具有的传感器主要有4类分别为酶传感器、微生物传感器、免疫传感器及DNA传感器。
2探讨生物传感器在环境监测中的应用
2.1在水环境监测中的应用 2.1.1监测BOD
在对BOD的含量进行监测时可以通过采用BOD生物传感器进行监测，整个监测过程只需在10min—15min内即可完成，BOD生物传感器主要由微生物膜和氧化电极构成，其监测原理是当含有饱和溶解氧的样品进入流通池中并与微生物传感器接触，样品中的溶解性可以
生化降解的有机物受到微生物菌膜中菌种的作用，而消耗一定的氧气，从而使扩散到氧化电极表面上氧的质量也达到恒定，进而产生一个恒定电流，恒定电流的差值与氧的减少量存在定量关系，根据这种关系就能够算出样品中的生化需氧量。这种测定方法与其他传感器相比具有高选择性、高灵敏度、操作简单、可靠性高等优点。把这种传感器的微生物膜储存在4℃下、50mmol/L、pH值在6.8的磷酸盐缓冲溶液中，传感器够保持180d的稳定性，并且在反应特征没有明显降低的情况下，被固定的微生物膜能够重复使用200次以上，其最低的检测限为1mg/LBOD。这种监测方法在对水质状况进行在线监测中可以广泛推广，并且使用前景很为广阔。相于而言，它是环境监测中最为成功的一项生物传感器。它所监测的结果拥有较好的重现性。
2.1.2监测盐
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对水环境所含NO3含量进行监测时所用的生物传感器在进行监测时主要是对N03被原———
成NO2的过程中所产生还原电流的大小来定含有N03的量。在对0.400umol/L的NO2进行监测时采用该传感器所监测的效果极其准确。根据电泳原理对该传感器进行改进，将电极放
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置在所培养的基池和被监测的液体中，这样可以使N03更加容易接近敏感元件，进而可以得出更准确的监测结果.
2.1.3监测酚类污染物 在水环境中，酚类污染物作为一项重要的监测指标，它是由工业排放废水进人水环境中的，且它属于一种具有高毒性的物质。在早期对酚类污染物进行监测主要运用的是酶电极安培传感器。此类传感器在结构上比较简单，检测限比较低，所产生的干扰比较少。而随着生物科学的发展，新酚类生物传感器的研制，主要通过运用二相生物传感系统检测溶液和有机介质中的酚；其中对4—硝基酚进行监测时主要是通过对荧光的竞争性流动免疫进行检测的，这样的酚类污染物监测的方法所得的监测结果的准确性更高。
2．2在大气环境监测中的应用
在大气环境中对大气有污染的因子有很多，但其中最为重要的有NOX、SO2、TSP、CO2
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等，其中对大气污染最为严重的因子是NOX和SO2。这两种因子会直接造成酸雨、酸雾的形成，同时对于NOX而言，还是造成光化学污染的主要因素。在对NOX和SO2的—监测中，传统的环境．监测方法，在操作上比较复杂并且所得出的结果重现l生较差。因此，生物传感器在监测领域有着很大的发展空间。
2.2.1监测NOX
对于监测NOX的生物传感器，它的组成部分主要包括多孔的气体渗透膜、固定化的硝化细菌以及氧电极三部分。对于该传感器主要的能源是硝化细菌以及盐，而其中的呼吸活性与盐有着直接的关系，盐的含量越大硝化细菌的呼吸性就越强，在进行呼吸过程中直接导致溶解氧的浓度降低进而由氧电极进行检测，从而盐的含量间接的反应出来，而所反应出来的盐的含量也就反应出了大气中所含NOX的含量。对于该传感器而言，所监测的最低限度为0.01mmol/L，在盐的浓度低于0.59mmol/L的情况下，传感器所产生的电流和亚盐的浓度是成正比的关系。该传感器拥有较好的选择l生和较强抗堵塞抗干扰能力的特征。
2.2.2监测SO2
由亚硫酸盐氧化酶的肝微粒体和氧电极共同组成了监测SO2的传感器。该传感器主要是通过对雨中所含亚硫酸盐的浓度来判定大气中所含SO2的含量的。传感器在进行监测过程中，主要是通过传感器中的微粒体对亚硫酸盐进行氧化时需要消耗一定量的氧，进而使氧电极周围所要溶解的氧的浓度降低，随之传感器所产生的电流也会随之变化同时也就间接地反应了雨中所含有亚硫酸盐的含量。该传感器在对SO2监测中具有较高的准确性和重现性。
2.3在噪声环境则中的应用 目前，噪声污染已成为环境污染中—重要的部分。噪声传感器的研制可以有效地对噪声污染进行监测，为噪声污染防治提供准确依据。对于噪声传感器而言，它是一个拥有宽声频范围、高声强动态范围以及在操作上比较简单的声音传感器。该传感器拥有较小的体积，并且重量比较轻，安装起来也很简便，对其所制定的声频测量范围主要定在人耳所能听到的所有频率，对测量的声强能力的范围，达到了国家噪声管理标准的所有要求。因此被广泛应用在环境噪声的定点在线监测和汽车交通噪声的自动测量。
3生物传感器的发展
对于生物传感器的开发，主要是依据生物技术、生物电子学和微电子学几方面的研制成果不断的发展和渗透。而随着现在社会经济的发展，在未来的研究工作中，主要目标应定在对生物感觉系统水平上的研究，对于未来的生物传感器应具备的特点有：(1)多样化的功能系统：在未来的世界，所研制的生物传感器将广泛应用于医疗保健、疾病诊断、食品检测、环境监测等不同的领域中；(2)智能化、集成化为一体：对于未来的传感器而言，必将与计算机结合，实施采集数据、处理数据自动化进行，提供出更科学和准确的结果，进而形成完全的自动化检测系统。同时，为实现监测系统的智能化、集成化一体的形成，在未来的生物传感器中必将注入芯片技术；(3)小体积型化：在未来的传感器中，随着纳米技术和微电子机械系统的渗透，体积会不断的微型化，各种各样的生物传感器的产生将更方便人们在家中进行诊断疾病，在市场直接检测食品的安全性等等。同时也可能实现在市场进行现场的食品检测。