生物感測器的發展之歷史與其之定義

生物感測器主要是以生物分子如抗體、抗原、酵素、蛋白質以及 核酸等來做為量測某種特定物質的工具 1962 年，Clark 和 Lyons 開 發酵素電極(enzyme electrode)[1]最先提出生物感測器的概念距今 已快半世紀的歷史，生物感測器已有長足的進步。生物感測器在發酵 工藝、環境監測、食品工程、臨床醫學、軍事及軍事醫學等方面得到 了深度重視和廣泛應用。在最初 15 年裡，生物感測器主要是以研製 酵素電極製作的生物感測器為主，但是由於酵素的價格昂貴並不夠穩 定，因此以酵素作為敏感材料的感測器，其應用受到一定的限制。 最 近的研究指出，特定生物分子固定化技術的不斷發展，產生了跨領域 的結合。特定的生物電極以生物受體作為分子識別元件，與酵素電極 相比有其獨到之處。它可以克服價格昂貴、提取困難及不穩定等弱 點。

生命體本身就具有各式各樣的化學量感受器，包括味覺、嗅覺、

內分泌系統的荷爾蒙受體，神經傳導系統的神經化學傳遞物質與受體 蛋白質，酵素與基質及免疫系統中的抗體與抗原等等。因此，生物體 本身實際上式一個化學受體(chemoreceptors)的集合體。這些化學受 體均具有高度的特異性/選擇性與靈敏度，而且絕大部分係屬於受體 蛋白質分子。生物感測器最重要的原理就是利用在感測器上加裝生物 原件來增加偵測的選擇性與敏感度，因此我們可以將生物感測器定義 為：＂使用固定化的生物分子(immobilized bio-molecules)結合某 種轉換器(transistor)，其轉換器可以光學、電性或是質量上的改變，

主要的目定用來偵測生物體內或生物體外的環境化學物質或與之起 特異性交互作用後產生回應的一種裝置＂。

生物感測器由兩個主要關鍵部份所構成，一是來自於生物體分子、

組織部份或個體細胞的分子特定的辨認元件，此一元件為生物感測器 信號接收或產生部份。另一為屬於硬體儀器元件部份，主要為光學、

電性或物理信號轉換元件。因此，如何已生化方法分離、純化甚或設 計合成特定的生物活性分子(biological active materials)，結合 精確而且回應快速的換能器(transducers)組合成生物感測器反應系 統，是做為一個研究生物感測器學者最主要目的。

Fig.2- 1 生物感測器示意圖

近來年許多的工程學者致力發展生物感測器，產生的許多跨領域 結合的生物感測器也將這個領域推向另一個顛峰。從 1962 的 Clark 開發出酵素電極，隨著感測技術的快速演進，共計發明了壓電晶體感 測器(piezoelectric crystal sensor，1964)[2]、離子選擇性場效 電晶體感測器(ion selective field effect transistor sensor，

1970)[3]，光纖感測器(optic fiber sensor，1975)[4]，酵素修飾 電極生物感測器(enzyme modified electrode biosensor，1977)[5]、

生物晶片(bio-chip，1987)[6]以及陣列式微電極感測器(matrix micro-electrode sensor，1997)[7]等等。由這些生物感測器的發展 可以預期的是，隨著奈米生物技術的成熟，最大的受益者將是全世界

的生物體。