感測器(Sensor)簡介

感測器(Sensor)其基本原理，是藉由分子辨識單元，當作其一轉換 器來感測待測物質的濃度變化。其二，信號轉換單元利用監控系統輸 出訊號後，經由系統輸出轉換成電子訊號，藉由控制器響應接收訊號 或刺激並給予反應得到所需參數訊號。依轉換機制來分類，大致上分 為：物理感測器、化學感測器，以及生物(醫)感測器三大類。而感測 器的組成必須具有二個基本部分：

1. 分子辨識單元( Molecular recognition unit )：是用來偵測待測的物質，

依生產的方式可分為兩種：

(a) 生物感測器( Biosensor )：利用抗體、抗原、酵素等生物反應所產 生的物質進行辨別；

(b) 化學感測器(Chemical sensor )：利用化學合成方法製備對分析物有 辨識功能的物質。

2. 信號轉換單元( Signal transduction unit )：

將分子辨識單元反應所感測物質變化轉變為儀器可偵測到的訊號，

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常用的方式有兩種：

(a) 電化學訊號 ( Electrochemical signal )；

(b) 光學訊號 ( Optical signal )。

良好的感測器須具備以下幾點特性，分別為：

1. 選擇性(Selectivity)：此為感測器重要主軸，在複雜的測試環境中，

除了待測物會有反應訊號外，其他干擾物是否會對待測物質產生干 擾。

2. 靈敏度(Sensitivity)：感測中對待測物濃度變化訊號的差異性，當線 性良好時，可視為校正曲線的斜率。

3. 穩定性(Stability)：感測元件在使用或保存一段時間後，是否會受到 環境干擾因子影響。如：濕度或溫度的影響越小，代表其穩定性 越好。

4. 應答時間(Response time)：感測系統對待測物產生訊號回應所需的 時間，應答最好是瞬時的。

5. 再現性(Reproducibility)：在相同感測條件下，對待測物進行重複檢 測，若一致性良好則表示可靠度越高[4，5]。

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圖 2-1. 感測器之構裝[6，7]

2.2.1 光學式生物感測器(Optical biosensor)

其作用原理是透過物質與電磁波交互作用，取得檢測物質訊號為 目的。其中交互作用分式，可分為吸收、放射、光學性質。依據不同 之檢測原理分為，分光光度法（Spectrophotometry）、螢光法

（Fluorescence）以及反射光法（Reflectometry）等，其雖不受電子訊 號干擾，但易受其他光源干擾且檢測範圍較窄為其缺點[8]。

2.2.2 質量式生物感測器(Mass biosensor)

利用壓電晶體震盪頻率，使得電極表面上質量發生變化，進而改 感測器

(Sensor)

(Molecular recognition unit)

分子辨識元件

(Signal transduction unit)

訊號轉換元件

(Biosensor) 生物 (醫)感測器

(Chemical sensor) 化學感測器

光學式

質量式

電化學式

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變其特性，做為檢測的依據。除了原理簡單，操作過程方便、成本低 廉、應答時間短等優點。其缺點為在液相檢測中靈敏度會降低，容易 受到非特異性鍵結的干擾。也可應用於氣體的感測，常見的有石英晶 體微天平、表面聲波等[9]。

2.2.3 電化學式生物感測(Electrochemical biosensor)

一般電化學式感測器其分析原理，是以電化學電能轉換器，檢測 待測物質生物系統的交互作用。所造成的電子轉移利用電子訊號，輸 出來判定其參數。依照其量測不同之電化學性質，又可區分為：伏安 法(Voltammetry)、電位式(Potentiometric) [10]、電流式(Amperometric) [11]、阻抗式(Conductometric) [12，13]。近年來由於材料科技的進步，

加上網印技術的發達，使得電化學式感測器擁有應答時間快速、靈敏 度高、成本低廉、適合居家照護[10]。