生物醫學領域的傳感器有哪些？

生物醫學傳感器是生物醫學科學和技術的尖兵，生物醫學研究的正確結論有賴于生物醫學傳感器的正確測量。而傳感器是一門十分綜合的科學和技術。

現代傳感器的物理模型如圖所示：

對于傳統被測量而言，敏感膜就相當于傳感器與被測對象的界面。在傳統的傳感器前面附加一層根據不同需要而特制的敏感膜，即可表示化學傳感器和生物傳感器。二者的區別就看是否具有生物活性。具有生物活性的膜材料就是生物傳感器。傳感器中可存在兩個界面，一是被測介質和敏感膜間的界面，二是敏感膜和傳感器間的界面。界面上發生著復雜的物理、化學或生物過程。

醫學對傳感器的要求

1、安全性高(特別是用于人體的傳感器和換能器)，靈敏度高，信噪比高(選擇性高)。

2、保證物理安全性的措施是電的隔離、浮置技術。

3、保證化學安全性高的要求是無毒性，無近期和遠期的致癌效應。

4、保證生物安全性高的要求是無DNA和RNA突變。

5、保證選擇性高的措施是利用共振效應、濾波技術、自適應技術、分子識別與離子識別技術。

6、保證靈敏度高的措施是：物理、化學和生物放大技術。

醫學傳感器的主要用途

1、檢測生物體信息：如心臟手術前檢測心內壓力;心血管疾病的基礎研究中需要檢測血液的粘度以及血脂含量。

2、臨床監護

如病人在進行手術前后需要連續檢測體溫、脈搏、血壓、呼吸、心電等生理參數。

3、控制

利用檢測到的生理參數，控制人體的生理過程。如電子假肢

醫學中需要測量的量

生物醫學傳感器的分類

按應用形式分類有：植入式傳感器、暫時植入體腔(或切口)式傳感器、體外傳感器、用于外部設備的傳感器

按工作原理分有：物理傳感器(位移、力、溫度、濕度。。。)、化學傳感器(各種化學物質)、生物傳感器(各種酶、免疫、微生物、DNA。。。)、生物電電極傳感器(心電、腦電、肌電、神經元放電。。。)

物理傳感器

利用物理性質或物理效應制成的傳感器叫物理傳感器，或把物理量轉變為能為計算機識別的電學量的器件叫傳感器。

生物醫學用物理傳感器的分類和用途

力傳感器用來測量重量;壓電薄膜傳感器用于測量心率和呼吸模式;熱電堆傳感器用于測量體溫;血氧傳感器用于測量血氧含量;CO2，傳感器用于測量新陳代謝;流量傳感器用于輔助呼吸;力傳感器用于測量氧氣瓶中剩余的氧氣含量。

化學傳感器

化學傳感器是把化學成分、濃度等轉換成與之有確切關系的電學量的器件。它多是利用某些功能性膜對特定化學成分的選擇作用把被測成分篩選出來，進而用電化學裝置把它變為電學量。

一般多是依賴膜電極的響應機理、膜的組成或膜的結構進行分類。如離子選擇電極換能器、氣敏電極換能器、濕敏電極換能器、涂絲電極換能器聚合物基質電極換能器、離子敏感場效應管換能器、離子選擇微電極換能器、離子選擇薄片換能器。

生物醫學用各種化學換能器測量的化學物質有：K+、Na+、Ca2+、Cl-、O2、CO2、NH3、H+、Li+ 等。

生物傳感器

生物傳感器利用生物活性物質選擇性的識別和測定實現測量，主要由兩大部分組成：一為功能識別物質(分子識別元件)，由其對被測物質進行特定識別;其二是電、光信號轉換裝置(換能器)，由其把被測物所產生的化學反應轉換成便于傳輸的電信號或光信號。

最先問世的生物傳感器是酶電極，Clark和Lyons最先提出組成酶電極的設想。70年代中期，人們注意到酶電極的壽命一般都比較短，提純的酶價格也較貴，而各種酶多數都來自微生物或動植物組織，因此自然地就啟發人們研究酶電極的衍生型：微生物電極、細胞器電極、動植物組織電極以及免疫電極等新型生物傳感器，使生物傳感器的類別大大增多;

進入本世紀80年代之后，隨著離子敏場效應晶體管的不斷完善，于1980年Caras和Janafa率先研制成功可測定青霉素的酶FET。

生物傳感器的組成與基本原理

1、分子識別元件