生物感測器的類型

依照使用生物分子的不同可以區分為酵素感測器(enzyme sensor)、免疫感測器(immune-sensor)、受體感測器(receptor sensor)、微生物感測器(microbial sensor)、細胞及組織感測器 (cell and tissue sensor)及核酸感測器(nucleic acid sensor)等 等…，其中最大差異就是在我們所修飾在感測器表面的生物分子的種 類。

生物檢測器依據偵測原理的不同，大致可分為光學(optic)、放 熱(thermal) 、電化學(electrochemical) 以及質量感測

(mass-sensitive)等四種方法，而偵測器之選定則需考慮檢測系統的 特性、反應機制、訊號模式、待測物型態、檢體濃度範圍、操作環境 等因素。不同的偵測方式有不同的檢測器，其主要的代表如下：

(1)光學式生物感測器(optical biosensor)

光學式感測器主要在光纖的縱切端面，固定化一層適當的指示劑 材料(例如生物螢光物質，化學發光物質或染料)，當測定溶液內發生 生化反應時，由指示劑材料的變化產生光學訊號。依據不同之檢測原 理分為分光光度法（spectrophotometry）、螢光法（fluoresence）

以及反射光法（reflectometry）等，雖然不受電子訊號干擾，但易

受到其他光源干擾且檢測範圍較窄。

(2)熱交換式生物感測器(thermometric biosensor)

熱交換式生物感測器其檢測原理主要是利用生物分子與待測物 質結合反應時，藉由熱量轉換便可以利用精密微卡計量測，即利用生 物分子結合生成反應所產生的熱量做為量測的依據。其優點為不受電 子與光學的干擾，但其成本昂貴、靈敏度低且需要大量之檢測物質為 其缺點。

(3)電化學式生物感測器(electrochemical biosensor)

電化學式生物感測器分析原理主要利用其於生物系統交互作用 所產生之電子轉移。此類型的感測器發展的最早，Clark 和Lyons 首 先開發出酵素電極生物感測器，在一定的條件下，當電極表面物質濃 度改變或電極產生反應時，可以使電極產生電位、電阻與電流等電性 訊號，借由電性訊號的產生用以定量帶測物質的濃度。此類型生物感 測器具有簡單、高選擇性之優點，但應用於檢測時易受物理、化學或 生物間反應產生之電子雜訊干擾為其缺點。

(4)壓電式生物感測器(piezoelectric crystal biosensor)

當壓電材料為石英晶體時，外加一個固定電壓時，晶體及產生一 個固定交叉震盪頻率之機械性的形變，當質量改變時其震盪頻率亦隨 之變化，本論文主要選用的感測器為石英震盪晶體，其特性之後會有

詳細的介紹。

另一與表面聲波(surface acoustic wave：SAW)換能器有關，表 面聲波換能器亦利用壓電特性而設計，表面聲波由聲原產生經由吸附 器傳到接收器，主要利用壓電晶體之基礎頻率與晶體表面質量負載之 線性關係藉以檢測，其具有直接檢測、高靈敏度、應答快速、成本低 廉與檢測簡便等優點，但於液相檢測時，靈敏度會降低，且易遭非特 異性鍵結干擾。

而近年來因為奈米製程技術的發展，產生了另一種新的技術光學 檢測技術 SPR(surface plasmon resonance，SPR)。 SPR 生物感測器 的原理是利用感測器上探針吸附樣品溶液中的待測物，當反應發生時 共振條件發生改變，使反射波長產生位移，藉此偵測訊號，此方法年 來常使用在奈米粒子的檢測上。

Table. 1   常見生物檢測器的比較表