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带你认识生物医学领域的传感器


  来源: 传感器技术 时间:2021-05-20 编辑:仪器仪表WXF
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生物医学传感器是生物医学科学和技术的尖兵,生物医学研究的正确结论有赖于生物医学传感器的正确测量。而传感器是一门十分综合的科学和技术。


现代传感器的物理模型如图所示:


现代传感器的物理模型


对于传统被测量而言,敏感膜就相当于传感器与被测对象的界面。在传统的传感器前面附加一层根据不同需要而特制的敏感膜,即可表示化学传感器和生物传感器。二者的区别就看是否具有生物活性。具有生物活性的膜材料就是生物传感器。传感器中可存在两个界面,一是被测介质和敏感膜间的界面,二是敏感膜和传感器间的界面。界面上发生着复杂的物理、化学或生物过程。


医学对传感器的要求

1、安全性高(特别是用于人体的传感器和换能器),灵敏度高,信噪比高(选择性高)。

2、保证物理安全性的措施是电的隔离、浮置技术。

3、保证化学安全性高的要求是无毒性,无近期和远期的致癌效应。

4、保证生物安全性高的要求是无DNA和RNA突变。

5、保证选择性高的措施是利用共振效应、滤波技术、自适应技术、分子识别与离子识别技术。

6、保证灵敏度高的措施是:物理、化学和生物放大技术。


医学传感器的主要用途

1、检测生物体信息

如心脏手术前检测心内压力;心血管疾病的基础研究中需要检测血液的粘度以及血脂含量。

2、临床监护

如病人在进行手术前后需要连续检测体温、脉搏、血压、呼吸、心电等生理参数。

3、控制

利用检测到的生理参数,控制人体的生理过程。如电子假肢


医学中需要测量的量

医学中需要测量的量


生物医学传感器的分类

按应用形式分类有:植入式传感器、暂时植入体腔(或切口)式传感器、体外传感器、用于外部设备的传感器


 植入式传感器

植入式传感器


按工作原理分有:物理传感器(位移、力、温度、湿度。。。)、化学传感器(各种化学物质)、生物传感器(各种酶、免疫、微生物、DNA。。。)、生物电电极传感器(心电、脑电、肌电、神经元放电。。。)


1、物理传感器

利用物理性质或物理效应制成的传感器叫物理传感器,或把物理量转变为能为计算机识别的电学量的器件叫传感器。


生物医学用物理传感器的分类和用途

生物医学用物理传感器的分类和用途


力传感器用来测量重量;压电薄膜传感器用于测量心率和呼吸模式;热电堆传感器用于测量体温;血氧传感器用于测量血氧含量;CO2,传感器用于测量新陈代谢;流量传感器用于辅助呼吸;力传感器用于测量氧气瓶中剩余的氧气含量。


2、化学传感器

化学传感器是把化学成分、浓度等转换成与之有确切关系的电学量的器件。它多是利用某些功能性膜对特定化学成分的选择作用把被测成分筛选出来,进而用电化学装置把它变为电学量。


一般多是依赖膜电极的响应机理、膜的组成或膜的结构进行分类。如离子选择电极换能器、气敏电极换能器、湿敏电极换能器、涂丝电极换能器聚合物基质电极换能器、离子敏感场效应管换能器、离子选择微电极换能器、离子选择薄片换能器。


生物医学用各种化学换能器测量的化学物质有:K+、Na+、Ca2+、Cl-、O2、CO2、NH3、H+、Li+ 等。


3、生物传感器

生物传感器利用生物活性物质选择性的识别和测定实现测量,主要由两大部分组成:一为功能识别物质(分子识别元件),由其对被测物质进行特定识别;其二是电、光信号转换装置(换能器),由其把被测物所产生的化学反应转换成便于传输的电信号或光信号。

生物传感器的物理模型


最先问世的生物传感器是酶电极,Clark和Lyons最先提出组成酶电极的设想。70年代中期,人们注意到酶电极的寿命一般都比较短,提纯的酶价格也较贵,而各种酶多数都来自微生物或动植物组织,因此自然地就启发人们研究酶电极的衍生型:微生物电极、细胞器电极、动植物组织电极以及免疫电极等新型生物传感器,使生物传感器的类别大大增多;

关键词:生物医学 传感器    浏览量:2586

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