生物傳感器是利用生物活性物質與電化學或其他傳感器相結合而形成的新型探測器件。生物傳感器中最關鍵的部件是生物活性物,它可以是生物酸、抗體、生物膜或者活細胞等。這些活性物質與所要測定的物質相遇,便會發生化學變化、物理變化或生物化學變化。此類變化進一步通過化學過程或其他傳感器的作用,轉化為電信號或光信號,就可以被儀器記錄下來,成為可掌握的信息。
世界上第一台生物傳感器是在60年代由美國開發成功的酶傳感器。他們利用酶的專一性,即能識別某種物質分子的獨特功能,研究成生物傳感器的最初構型——葡萄糖酶電極。用它可以很方便地測定出人體血液中和尿中的葡萄糖含量。這是檢查糖尿病很有效的辦法。
從那以後,開發生物傳感器進入了一個飛速發展的時期。首先,生物傳感器有極靈敏的檢測本領,即使是含量極低的檢測物也逃不過它的火眼金睛。第二,生物傳感器的測定過程簡便快速。一般檢測一次僅需20秒鍾,而以往檢測方法一般需要2~20小時。第三,它可以直接在人體內進行檢測,而不需在體外取樣進行檢測。
生物傳感器已廣泛用於食品、衛生、醫療、環境等領域。
為什麼要生產單克隆抗體?
產生抗體來對付抗原,是人體免疫係統的一種功能。人體免疫係統擁有約1億種B淋巴細胞,可是,每種B淋巴細胞隻能解除一種抗原的武裝。那麼,怎樣才能夠產生大量抗體呢?1975年科學家根據淋巴細胞可以產生異性抗體但不能在體外培養,而腫瘤細胞可以在體外無限繁殖,卻不能產生抗體的特性,進行了淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合,產生出淋巴細胞雜交瘤。人們通過培養雜交瘤細胞,可以得到針對某種抗原的單一抗體。科學家把這種抗體稱為單克隆抗體。
單克隆抗體的用途十分廣泛。有的單克隆抗體本身就是高效的藥物,能直接用於治病。有的單克隆抗體能攜帶同位素或其他標記物質,直接抵達有病變的器官、組織,有助於對病情作出準確的診斷。
如果把抗癌藥物事先與某種單克隆抗體聯結起來,那麼單克隆抗體就能成為“生物導彈”,進入人體,殺傷體內的癌細胞而不損害正常細胞,可以達到用藥少、毒性低、療效高的效果。
目前,世界上用來生產單克隆抗體的雜交瘤細胞數以萬計,每年要增加1萬多個,生產的單克隆抗體有上千種。生產單克隆抗體已經成為一種新興的工業體係。
有能使害蟲斷子絕孫的妙法嗎?
害蟲是莊稼的大敵,它們還能傳播病菌。長期以來,人們用種種方法來防治害蟲。用化學農藥雖然能比較有效地殺滅害蟲,但汙染環境。
為了避免化學農藥殺蟲的副作用,科學家采用輻射絕育、化學不育等妙法,使害蟲失去繁殖力,逐漸斷子絕孫。
輻射絕育是用適量的放射線照射害蟲的卵或蛹,射線透過蟲體,破壞生殖細胞,造成遺傳性變異而不育。
有一種專門危害羊群的寄牛蠅,叫做羊皮螺旋蠅。它在羊的傷口和腫瘡上產卵,卵孵化蛆,使羊受到嚴重危害,甚至死亡。於是,人們先育出蠅蛹,再用α射線照射這些蛹,使蛹的生殖細胞內的染色體發生異常變化,孵化出的雄蠅無生育力,雌蠅不產卵,但不影響交尾。把這種無生育力的蠅釋放,野生的正常雄蠅與受過輻射的雌蠅交尾後,雌蠅不產卵;正常雌蠅與受輻射的雄蠅交尾後,雖能產卵,但不孵化。在一個地區連續釋放幾次,蟲口便迅速減少,直到滅種絕跡。
我國科技工作者用同樣方法對蒼蠅、粘蟲、鬆毛蟲等害蟲進行試驗,也獲得很好的效果。科學家製造出一些“化學不育劑”,將它噴灑出去,害蟲沾上一丁點,就喪失繁殖力。農業上已推廣應用“不育胺”等不育劑,來根治形形色色的害蟲。
為什麼說蛋白質工程前途無量?
生物工程現在已經發展成為一個龐大的體係,它在人類生產、生活的各個領域,產生越來越大的影響。
然而,生物工程還存在缺陷,還有許多問題需要解決。問題之一便是產品的不穩定性。如生產奶酪時用來殺菌的T4溶菌酶,在工作環境溫度67℃下,3小時後活力僅剩下0.2%,這樣就無法維持正常生產。問題之二是產品的副作用。例如,用小白鼠細胞培養、生產的單克隆抗體,進入人體後一方麵表現出強大的藥理作用,一方麵卻會引起免疫反應,因為它畢竟是異體蛋白。這正是蛋白質工程要解決的問題。
蛋白質工程問世不久,就將T4溶菌酶的3位異亮氨酸換成半胱氨酸,再跟97位半胱氨酸聯結起來。