中心論題：

• 生物傳感器簡介。
• 生物傳感器在體育科學中的應用。
• 生物傳感器在醫學和運動生理學中的應用。
  

• 敏感材料固定化可反複多次使用。
• 通過生理生化指標的分析測試定量評價運動員的身體狀況。
• 生物傳感器能準確監測運動訓練過程中各種指標的瞬時變化。
• 表麵等離子體諧振在生化指標的檢測方麵得到了廣泛應用。

準(zhun)確(que)適(shi)時(shi)的(de)運(yun)動(dong)監(jian)控(kong)是(shi)實(shi)現(xian)科(ke)學(xue)運(yun)動(dong)訓(xun)練(lian)的(de)重(zhong)要(yao)前(qian)提(ti)。為(wei)了(le)適(shi)應(ying)競(jing)賽(sai)的(de)體(ti)能(neng)要(yao)求(qiu)，在(zai)運(yun)動(dong)訓(xun)練(lian)中(zhong)如(ru)何(he)使(shi)運(yun)動(dong)負(fu)荷(he)的(de)強(qiang)度(du)和(he)量(liang)接(jie)近(jin)或(huo)超(chao)過(guo)生(sheng)理(li)極(ji)限(xian)水(shui)平(ping), 以及判斷運動員體能是否已經恢複到可以進行下一輪訓練而防止過度訓練需要一些準確、客觀的指標和安全
、靈敏
、便利的監控方法。進行機能評定的指標包括有生理,心理,及生化指標.對(dui)不(bu)同(tong)的(de)運(yun)動(dong)項(xiang)目(mu)所(suo)選(xuan)取(qu)的(de)關(guan)鍵(jian)而(er)敏(min)感(gan)指(zhi)標(biao)通(tong)常(chang)是(shi)不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)。體(ti)育(yu)教(jiao)育(yu)和(he)體(ti)育(yu)科(ke)研(yan)都(dou)是(shi)為(wei)運(yun)動(dong)訓(xun)練(lian)及(ji)全(quan)民(min)健(jian)身(shen)服(fu)務(wu)
，生(sheng)物(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)以(yi)其(qi)敏(min)感(gan)性(xing)和(he)準(zhun)確(que)性(xing)

、易操作
、價格便宜等特點將深受體育工作者的喜愛。
  
生物傳感器簡介
生物傳感器是利用生物活性物質（即生物元件）做敏感器件
，配以適當的換能器（即信號傳導器）所(suo)構(gou)成(cheng)的(de)小(xiao)型(xing)分(fen)析(xi)檢(jian)測(ce)工(gong)具(ju)。它(ta)能(neng)對(dui)樣(yang)品(pin)中(zhong)的(de)單(dan)一(yi)成(cheng)分(fen)或(huo)混(hun)合(he)成(cheng)分(fen)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)和(he)監(jian)測(ce)
，並(bing)產(chan)生(sheng)成(cheng)比(bi)例(li)的(de)數(shu)字(zi)或(huo)者(zhe)電(dian)子(zi)信(xin)號(hao)。與(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)檢(jian)驗(yan)方(fang)法(fa)相(xiang)比(bi)
，生(sheng)物(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)這(zhe)種(zhong)新(xin)的(de)檢(jian)測(ce)手(shou)段(duan)具(ju)有(you)如(ru)下(xia)優(you)點(dian)：一般不需要樣品預處理，樣品中的被測組分的分離和檢測同時完成，且測定時一般不需要加入其他試劑；由(you)於(yu)它(ta)體(ti)積(ji)小(xiao)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)連(lian)續(xu)在(zai)線(xian)檢(jian)測(ce)
，響(xiang)應(ying)快(kuai)，樣(yang)品(pin)用(yong)量(liang)少(shao)，且(qie)由(you)於(yu)敏(min)感(gan)材(cai)料(liao)是(shi)固(gu)定(ding)化(hua)的(de)，可(ke)以(yi)反(fan)複(fu)多(duo)次(ci)使(shi)用(yong)
，傳(chuan)感(gan)器(qi)連(lian)同(tong)測(ce)定(ding)儀(yi)的(de)成(cheng)本(ben)低(di)於(yu)大(da)型(xing)的(de)分(fen)析(xi)儀(yi)器(qi)，便(bian)於(yu)推(tui)廣(guang)普(pu)及(ji)。在(zai)工(gong)農(nong)業(ye)生(sheng)產(chan)

、環保

、食品工業、醫療診斷等領域得到了廣泛的應用。

依生物元件所選材料的不同，其組成可以是酶

、核酸（寡聚核苷酸）、免疫物質（抗體，抗原，酶標抗原等）、全細胞（包括細菌，真菌
，動物，植物的細胞）
、組織（動物、植物細胞的組織切片）、細胞器（線粒體，葉綠體）以及具有生物親合能力的物質（配體，受體等）或它們的不同組合，近年來還引入了高分子聚合物模擬酶。換能器的作用是將

各種生物的、化學的和物理的信息轉變成電信號。  

生物傳感器的類型和命名方法較多且不統一，生物傳感器一般可以從以下3個角度來進行分類：根據傳感器輸出信號的產生方式可以分為生物親和型生物傳感器
、代謝型生物傳感器和催化型生物傳感器
；根據生物傳感器中生物分子識別元件上的敏感物質可分為酶生物傳感器

、微生物傳感器、組織傳感器、免疫傳感器、基因傳感器等；根據換能器不同可分為電化學生物傳感器，光生物傳感器，熱生物傳感器
，電導/電阻生物傳感器

，聲波生物傳感器
，微懸臂梁生物傳感器等。根據生物傳感器的特性還可以分為微型生物傳感器、納米生物傳感器
，這種傳感器在活體測定方麵有重要意義。

生物傳感器在體育科學中的應用
a 運動訓練中的科學監測
目前關於運動員身體機能狀態監控的方法大致分為三類[2]：一是通過教練員觀察或運動員自身的主觀評價，如自我感覺運動強度表（RPE）。二是通過運動負荷實驗，根據運動員身體機能的變化評價機能狀態。三是通過對血液,尿液,汗液等生理生化指標的分析測試，定量評價運動員的身體狀況，如一般根據血乳酸、尿蛋白等指標的變化來測定運動強度，根據血糖、血脂肪酸、血氨等指標的變化掌握能源物質利用情況

，通過血尿素、血睾酮
、血清肌酸激酶活性等指標的變化來判斷機體對訓練負荷的適應程度，通過免疫學指標如淋巴細胞亞群CD4/CD8，血清免疫蛋白IGA、IGG
、IGM和唾液Ig測定運動員的機能狀況。其中第三種方法準確
、客觀、定量的反映運動員的身體機能狀態。但在不同的運動訓練中這些指標的效應不盡相同。傳統的、常規的監測方法如血紅蛋白，血糖
、血乳酸測定以及免疫指標的測定等操作複雜
，儀器設備昂貴，通常隻能在實驗室使用或特異性不高。研發靈敏性高,實用性強,操作便捷的監測手段對運動訓練科學化顯得尤為重要. 生物傳感器具有靈敏性高,特異性強,和操作簡單等特點, 既能準確監測運動訓練過程中各種指標的瞬時變化，也能進行連續的監控。因此生物傳感器應用於體育運動監測具有廣闊的前景。
   
美國YSI公司於1975niantuichudiyigejiyumeidianjideputaotangcedingyi，zhihouyoutuichuyizhongwaigudinghuameixingshengwuchuanganqi，liyongtakeyicedingchuyundongyuanduanlianhouxueyezhongcunzaiderusuanshuipinghuotangniaobingrendeputaotangshuiping。woguoshandongshengkexueyuanshengwuyanjiusuoyu1989年首次研研製成功的達到國際先進水平的生物傳感分析儀
，列為1990年nian國guo家jia級ji新xin產chan品pin，已yi廣guang泛fan用yong於yu我wo國guo體ti育yu項xiang目mu的de科ke學xue訓xun練lian中zhong。但dan目mu前qian應ying用yong於yu體ti育yu訓xun練lian中zhong的de生sheng物wu傳chuan感gan器qi僅jin有you乳ru酸suan和he葡pu萄tao糖tang傳chuan感gan器qi。血xue紅hong蛋dan白bai傳chuan感gan器qi
，血xue尿niao素su氮dan傳chuan感gan器qi等deng也ye將jiang應ying用yong於yu體ti育yu訓xun練lian中zhong。同tong時shi一yi些xie新xin型xing的de傳chuan感gan器qi，如ru組zu織zhi、免(mian)疫(yi)傳(chuan)感(gan)器(qi)，嗅(xiu)覺(jiao)和(he)味(wei)覺(jiao)生(sheng)化(hua)傳(chuan)感(gan)器(qi)，生(sheng)物(wu)芯(xin)片(pian)等(deng)正(zheng)在(zai)研(yan)究(jiu)之(zhi)中(zhong)。隨(sui)著(zhe)生(sheng)物(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)研(yan)製(zhi)的(de)進(jin)步(bu)和(he)成(cheng)功(gong)，在(zai)體(ti)育(yu)訓(xun)練(lian)的(de)科(ke)學(xue)監(jian)控(kong)中(zhong)將(jiang)更(geng)多(duo)的(de)應(ying)用(yong)這(zhe)一(yi)方(fang)便(bian)
，靈(ling)敏(min)以(yi)及(ji)特(te)異(yi)性(xing)高(gao)，不(bu)需(xu)太(tai)多(duo)化(hua)學(xue)試(shi)劑(ji)的(de)生(sheng)物(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)技(ji)術(shu)。
  
b生物傳感器在體育教學和科研中的應用
隨著信息化時代的到來，新技術的不斷開發，新儀器
、新xin設she備bei的de不bu斷duan投tou入ru使shi用yong，生sheng物wu傳chuan感gan器qi以yi其qi靈ling敏min性xing強qiang和he特te異yi性xing高gao，以yi及ji重zhong複fu使shi用yong率lv高gao等deng特te點dian不bu斷duan滲shen透tou到dao體ti育yu教jiao學xue和he科ke研yan中zhong來lai。體ti育yu教jiao學xue中zhong，尤you其qi是shi體ti育yu實shi驗yan教jiao學xue過guo程cheng中zhong，如ru何he簡jian單dan、便捷的完成教學任務，達到教學目的，安全、環(huan)保(bao)的(de)完(wan)成(cheng)實(shi)驗(yan)教(jiao)學(xue)，已(yi)經(jing)成(cheng)了(le)許(xu)多(duo)研(yan)究(jiu)者(zhe)的(de)追(zhui)求(qiu)目(mu)標(biao)。現(xian)在(zai)每(mei)完(wan)成(cheng)一(yi)個(ge)實(shi)驗(yan)，尤(you)其(qi)是(shi)運(yun)動(dong)生(sheng)理(li)學(xue)實(shi)驗(yan)
，不(bu)僅(jin)需(xu)要(yao)昂(ang)貴(gui)的(de)儀(yi)器(qi)，還(hai)要(yao)花(hua)費(fei)很(hen)多(duo)的(de)耗(hao)材(cai)。這(zhe)種(zhong)易(yi)操(cao)作(zuo)
、價格便宜、易於批量生產
、生產過程中進行質量監測的生物傳感器在這一領域存在很大的市場。
   
在(zai)體(ti)育(yu)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)過(guo)程(cheng)中(zhong)同(tong)樣(yang)追(zhui)求(qiu)新(xin)方(fang)法(fa)的(de)研(yan)製(zhi)，新(xin)技(ji)術(shu)的(de)應(ying)用(yong)以(yi)新(xin)產(chan)品(pin)的(de)使(shi)用(yong)。體(ti)育(yu)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)的(de)對(dui)象(xiang)主(zhu)要(yao)是(shi)人(ren)，如(ru)何(he)揭(jie)示(shi)人(ren)體(ti)運(yun)動(dong)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)生(sheng)理(li)生(sheng)化(hua)以(yi)及(ji)身(shen)體(ti)機(ji)能(neng)的(de)變(bian)化(hua)，需(xu)要(yao)一(yi)種(zhong)安(an)全(quan)的(de)，無(wu)創(chuang)的(de)，而(er)準(zhun)確(que)的(de)儀(yi)器(qi)來(lai)采(cai)集(ji)人(ren)身(shen)上(shang)的(de)數(shu)據(ju)。

生物傳感器在醫學和運動生理學中的應用
a普通生物傳感器的應用
生物傳感器已在醫學，運動生理學領域得到了廣泛的應用。可動態監測人體血壓、血液酸堿度
、血糖濃度；也可檢測酶活性、蛋白質等生化指標；現在應用醫用傳感器可以對人體的表麵和內部溫度、血壓及腔內壓力、血液及呼吸流量、腫瘤、血液的分析、脈波及心音、心腦電波等進行高難度的診斷。在各種醫用電子學儀器中, 如常見的心電圖機
、腦電圖機、肌電圖機、裝有CMOS 圖像傳感器的X 射線機、超聲波C T 裝置、X 線C T 機、P E T (正電子斷層攝影設備)
、電子血壓計
、血液分析裝置、醫用體溫計等裝置中傳感器都起著主要作用。
   
1967年Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶(GOD)gudinghuamoheyangdianjizuzhuangzaiyiqi，shouxianzhichenglediyizhongshengwuchuanganqi，jiputaotangmeidianji，rujinputaotangmeichuanganqixianyiguangfanyingyongyuxueyeliputaotangdejiancezhong[3]。乳酸是肌肉連續運動的代謝產物

，研究基礎代謝和運動生理時都需要進行乳酸測定。乳酸測定儀[4]是迄今最成功的商品酶傳感器之一。Detry等[5]在對乳酸傳感器方法的評價時指出，光度計測定法操作速度過慢，即使在正常情況下，也將在收集血液30min後才能有結果。而他們所用的兩種傳感器能在不到1分鍾
，僅僅10ul生物液體中就能測量乳酸濃度，而且兩種傳感器的結果滿意。Lillst等人[6]也研製了一種有矽製成的電流傳感器，用不到40s的時間就能成功的監測10mM 的乳酸。但有實驗表明[7]用皮下或皮間的微透析法連續監測人體運動過程中乳酸濃度是不行的，除非把探針放置於血管內。我國學者周愛玉等[8]研製出一種基於幹法光學反射原理
，以AD?滋C924微轉換器為控製核心，以超高亮度LED和光敏電阻為主要光電器件的便攜式血紅蛋白檢測係統，該係統將在Hbxianchangkuaisujiancehexueyeshaizhazhongyouguangfandeyingyongqianjing。dangranliyongshengwuchuanganqizaitijiancehelianxujianceyundongguochengzhongderusuannongdujishuhaixujinyibugaijinhewanshan。1995 年推出了新機種SBA-50，它的自動化程度列高
，不僅可以測定乳酸，而且可以通過更換酶膜，測定葡萄糖等其它底物及有關的酶.2004年SBA-70血糖

、乳酸自動分析儀研製成功[9]

，儀器在1min內能自動完成采樣
、分析、清洗等全部操作
，分析的重複性很好，誤差小於2%。
   
另外，表麵等離子體諧振（SPA）在生化指標的檢測方麵得到了廣泛應用。SPR傳感器能夠準確、靈敏、快速、簡(jian)便(bian)地(di)檢(jian)測(ce)多(duo)種(zhong)生(sheng)化(hua)指(zhi)標(biao)，並(bing)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)生(sheng)物(wu)大(da)分(fen)子(zi)間(jian)的(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)及(ji)影(ying)響(xiang)因(yin)素(su)的(de)作(zuo)用(yong)環(huan)節(jie)用(yong)其(qi)測(ce)定(ding)糖(tang)尿(niao)病(bing)腎(shen)病(bing)患(huan)者(zhe)尿(niao)樣(yang)中(zhong)的(de)蛋(dan)白(bai)含(han)量(liang)
，靈(ling)敏(min)度(du)和(he)精(jing)確(que)度(du)比(bi)現(xian)行(xing)臨(lin)床(chuang)方(fang)法(fa)都(dou)有(you)很(hen)大(da)提(ti)高(gao)[10]。還有人研製了[11]一種基於叉指陣列（IDA）薄膜電極的血液分析型醫用多參量測量的生物傳感器。工作區中的微電極上分別固定上不同的酶，能過檢測“發生收集”模式下的IDA微電極上生化所產生的微電流分別測試血液中血糖

，膽固醇
，酮體和乳酸濃度。Sergei 等將光纖去掉包層後鍍上金膜,通過自組裝技術將肌紅蛋白和肌鈣蛋白抗體連接到羥甲基化葡聚糖層,用這種方法製成光纖SPR 傳感器檢測肌紅蛋白,其檢測限達到209μg/ L ,肌鈣蛋白檢測限達到1.4 μg/ L 。
   
生sheng物wu傳chuan感gan器qi已yi在zai醫yi學xue和he運yun動dong生sheng理li學xue領ling域yu得de到dao很hen大da的de應ying用yong，不bu久jiu的de將jiang來lai，這zhe些xie傳chuan感gan器qi將jiang不bu斷duan滲shen透tou進jin體ti育yu活huo動dong的de科ke學xue訓xun練lian中zhong來lai，為wei科ke學xue訓xun練lian提ti供gong更geng加jia靈ling敏min的de監jian測ce方fang法fa和he手shou段duan。

b生物芯片
生物芯片包括基因芯片、蛋白質芯片、細胞芯片
、組織芯片及元件型微陣列芯片等新型生物芯片。它是是近年開發的一種高通量DNA 分析技術,在一張大約2cm2 的芯片上可以集中幾萬甚至10萬個基因或探針,進行一次實驗就可以得出過去要用數月才能得出的結果[12]。由於眾多探針在一次反應體係中反應,還去除了不必要的係統誤差,數據的均一性得到了保證。生物芯片表麵點陣中每一個點都可以視為一個傳感器的探頭（即轉換元件）。目前生物芯片已廣泛用於醫學監床診斷、新藥開發、尋找新基因
、DNA測序等。將來生物芯片不僅能應用於運動員選材
、興奮劑的監控，還可用於運動訓練的科學監控。
   
生物傳感器在體育科學中應用的展望
生物傳感器以其足夠的敏感性和準確性、易操作、價格便宜、易於批量生產、能夠進行在線在體監測等優點將會應用到更廣泛的領域。雖然目前應用於體育科學中的生物傳感器僅用於血糖、血乳酸、血紅蛋白、肌紅蛋白的檢測,但隨著生物傳感器的開發和發展,生物傳感器無論是在運動訓練、體育教學、體育科研還是體育鍛煉過程中都將得到廣泛的使用。