什么是电化学生物传感器?它的工作原理和分类是什么

电化学生物传感器是一种利用生物学反应来检测特定分子的技术。它们通常由生物传感器元件(如酶、抗体、核酸等)、电极以及电路组成。当特定的分子(如蛋白质、糖类、药物等)与生物元件反应时，会产生电化学反应，这些反应可通过电极检测到并转化为电信号，该电信号可直接或通过电路处理后被测量。

电化学生物传感器(ElectrochemicalBiosensor)是一类以电极作为体系中的信号灯的转换器，生物中的活性单元为成分(例如：抗原、抗体、酶、微生物或者整个细胞)作为待测物识别原件并以电流、电导或电势变化作为特征检测信号的利用化学反应原理，把有机物质或者无机物质所含的浓度、组成成分等，转换为电信号的一种传感器。

电化学生物传感器具有诸多优点，如灵敏度高、选择性强、成本低廉、快速等。因此，它们被广泛应用于医学诊断、环境监测、食品安全等领域。例如，电化学生物传感器可以用于检测血糖水平、心肌梗塞标志物以及肿瘤生物标志物等。不过，电化学生物传感器也存在一些局限性，如生物元件稳定性差、生物传感器元件制备困难、抗干扰能力差等。因此，如何提高电化学生物传感器的稳定性和抗干扰能力，以及如何使用它们在实际应用中更为广泛，是目前研究的热点。

2、电化学生物传感器工作原理

电化学生物传感器是通过生物学反应检测特定分子的技术。它们通常由生物传感器元件(如酶、抗体、核酸等)、电极以及电路组成。工作原理如下:
生物传感器元件的反应:当特定的分子(如蛋白质、糖类、药物等)与生物元件反应时，会产生生物学反应。这些生物学反应包括酶反应、免疫反应等。
电化学反应的产生:生物学反应可以引发电化学反应，例如电子的转移、离子的转移等。这些电化学反应可以通过电极检测到。
电信号的生成:当电化学反应发生时，电极会产生电信号，该电信号可以反映生物传感器元件的反应情况。
电信号的处理:电信号可以通过电路处理，以提高信号质量和可靠性。

(1)电化学蛋白质传感器

电化学蛋白质传感器是以蛋白质作为敏感元件，并把目标物与蛋白质的反应和电化学分析功能相结合，从而输出电信号的检测器。作为敏感识别元件的蛋白质主要包括了凝血酶，金属蛋白酶(MMP)，辣根过氧化酶以及几种常见的血红素蛋白如血红蛋白(Hb)、肌红蛋白和细胞色素等。

(2)电化学免疫传感器

基于抗原抗体结合的生物传感器被称为免疫传感器，其识别元件是具有特异性结合能力的生物受体。其特点是易于操作，灵敏度高，成本低，易于集成和体积小。抗体是目前应用最广泛的分子之一，因其高度的特异性和亲和力，被应用于色谱分析、诊断、免疫分析和生物传感器等各个方面。

(3)电化学核酸适配体传感器

核酸适配体(Apt)是通过指数富集配体系统进化技术(SELEX)由DNA或RNA的随机序列文库提取的一种短链核酸。其特征在于对于特定靶标具有识别和结合的功能，且性质稳定，容易修饰和合成，能够与毒素、抗生素和病毒等多种目标分子结合。电化学核酸适配体传感器是指，以核酸适配体为识别元件，通过与靶标发生特异性反应而产生的信号，从而达到对靶标的定性和定量检测。

(4)电化学微生物传感器

电化学微生物传感器通常以电极生物膜作为传感元件，并通过细胞外电子转移(EET)与电极进行通信。电极生物膜通常是自组装的，电活性微生物可以作为生物膜附着在电极上，因为电极可以作为微生物呼吸过程的固体电子供体或受体。