??? 準確適時的運動監控是實現科學運動訓練的重要前提。為了適應競賽的體能要求，在運動訓練中如何使運動負荷的強度和量接近或超過生理極限水平, 以及判斷運動員體能是否已經恢復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.對不同的運動項目所選取的關鍵而敏感指標通常是不一樣的。體育教育和體育科研都是為運動訓練及全民健身服務，傳感器" title="生物傳感器">生物傳感器以其敏感性和準確性、易操作、價格便宜等特點將深受體育工作者的喜愛。
??? 1 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" title="換能器">換能器（即信號傳導器）所構成的小型分析檢測工具。它能對樣品中的單一成分或混合成分進行分析和監測，并產生成比例的數字或者電子信號。與傳統的檢驗方法相比，生物傳感器這種新的檢測手段具有如下優點：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；由于它體積小，可以實現連續在線檢測，響應快，樣品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反復多次使用，傳感器連同測定儀" title="測定儀">測定儀的成本低于大型的分析儀器，便于推廣普及。在工農業生產、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面有重要意義。
??? 2 生物傳感器在體育科學中的應用
??? 2.1? 運動訓練中的科學監測
??? 目前關于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、血睪酮、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復雜，儀器設備昂貴，通常只能在實驗室使用或特異性不高。研發靈敏性" title="靈敏性">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于體育運動監測具有廣闊的前景。
??? 美國YSI公司于1975年推出第一個基于酶電極的葡萄糖測定儀，之后又推出一種外固定化酶型生物傳感器，利用它可以測定出運動員鍛煉后血液中存在的乳酸水平或糖尿病人的葡萄糖水平。我國山東省科學院生物研究所于1989年首次研研制成功的達到國際先進水平的生物傳感分析儀，列為1990年國家級新產品，已廣泛用于我國體育項目的科學訓練中。但目前應用于體育訓練中的生物傳感器僅有乳酸和葡萄糖傳感器。血紅蛋白傳感器，血尿素氮傳感器等也將應用于體育訓練中。同時一些新型的傳感器，如組織、免疫傳感器，嗅覺和味覺生化傳感器，生物芯片等正在研究之中。隨著生物傳感器研制的進步和成功，在體育訓練的科學監控中將更多的應用這一方便，靈敏以及特異性高，不需太多化學試劑的生物傳感器技術。
??? 2.2 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、新設備的不斷投入使用，生物傳感器以其靈敏性強和特異性高，以及重復使用率高等特點不斷滲透到體育教學和科研中來。體育教學中，尤其是體育實驗教學過程中，如何簡單、便捷的完成教學任務，達到教學目的，安全、環保的完成實驗教學，已經成了許多研究者的追求目標?，F在每完成一個實驗，尤其是運動生理學實驗，不僅需要昂貴的儀器，還要花費很多的耗材。這種易操作、價格便宜、易于批量生產、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。
??? 在體育科學研究過程中同樣追求新方法的研制，新技術的應用以新產品的使用。體育科學研究的對象主要是人，如何揭示人體運動過程中的生理生化以及身體機能的變化，需要一種安全的，無創的，而準確的儀器來采集人身上的數據。
??? 3 生物傳感器在醫學和運動生理學中的應用
??? 3.1? 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?？蓜討B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面和內部溫度、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)固定化膜和氧電極組裝在一起，首先制成了第一種生物傳感器，即葡萄糖酶電極，如今葡萄糖酶傳感器現已廣泛應用于血液里葡萄糖的檢測中[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后才能有結果。而他們所用的兩種傳感器能在不到1分鐘，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]也研制了一種有硅制成的電流傳感器，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，除非把探針放置于血管內。我國學者周愛玉等[8]研制出一種基于干法光學反射原理，以AD?滋C924微轉換器為控制核心，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系統，該系統將在Hb現場快速檢測和血液篩查中有廣泛的應用前景。當然利用生物傳感器在體監測和連續監測運動過程中的乳酸濃度技術還需進一步改進和完善。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、乳酸自動分析儀研制成功[9]，儀器在1min內能自動完成采樣、分析、清洗等全部操作，分析的重復性很好，誤差小于2%。
??? 另外，表面等離子體諧振（SPA）在生化指標的檢測方面得到了廣泛應用。SPR傳感器能夠準確、靈敏、快速、簡便地檢測多種生化指標，并實時監測生物大分子間的相互作用及影響因素的作用環節用其測定糖尿病腎病患者尿樣中的蛋白含量，靈敏度和精確度比現行臨床方法都有很大提高[10]。還有人研制了[11]一種基于叉指陣列（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 等將光纖去掉包層后鍍上金膜,通過自組裝技術將肌紅蛋白" title="肌紅蛋白">肌紅蛋白和肌鈣蛋白抗體連接到羥甲基化葡聚糖層,用這種方法制成光纖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 。
??? 生物傳感器已在醫學和運動生理學領域得到很大的應用，不久的將來，這些傳感器將不斷滲透進體育活動的科學訓練中來，為科學訓練提供更加靈敏的監測方法和手段。
??? 3.2 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]。由于眾多探針在一次反應體系中反應,還去除了不必要的系統誤差,數據的均一性得到了保證。生物芯片表面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于醫學監床診斷、新藥開發、尋找新基因、DNA測序等。將來生物芯片不僅能應用于運動員選材、興奮劑的監控，還可用于運動訓練的科學監控。
??? 4 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、易于批量生產、能夠進行在線在體監測等優點將會應用到更廣泛的領域。雖然目前應用于體育科學中的生物傳感器僅用于血糖、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。
??? 1 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" title="換能器">換能器（即信號傳導器）所構成的小型分析檢測工具。它能對樣品中的單一成分或混合成分進行分析和監測，并產生成比例的數字或者電子信號。與傳統的檢驗方法相比，生物傳感器這種新的檢測手段具有如下優點：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；由于它體積小，可以實現連續在線檢測，響應快，樣品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反復多次使用，傳感器連同測定儀" title="測定儀">測定儀的成本低于大型的分析儀器，便于推廣普及。在工農業生產、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面有重要意義。
??? 2 生物傳感器在體育科學中的應用
??? 2.1? 運動訓練中的科學監測
??? 目前關于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、血睪酮、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復雜，儀器設備昂貴，通常只能在實驗室使用或特異性不高。研發靈敏性" title="靈敏性">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于體育運動監測具有廣闊的前景。
??? 美國YSI公司于1975年推出第一個基于酶電極的葡萄糖測定儀，之后又推出一種外固定化酶型生物傳感器，利用它可以測定出運動員鍛煉后血液中存在的乳酸水平或糖尿病人的葡萄糖水平。我國山東省科學院生物研究所于1989年首次研研制成功的達到國際先進水平的生物傳感分析儀，列為1990年國家級新產品，已廣泛用于我國體育項目的科學訓練中。但目前應用于體育訓練中的生物傳感器僅有乳酸和葡萄糖傳感器。血紅蛋白傳感器，血尿素氮傳感器等也將應用于體育訓練中。同時一些新型的傳感器，如組織、免疫傳感器，嗅覺和味覺生化傳感器，生物芯片等正在研究之中。隨著生物傳感器研制的進步和成功，在體育訓練的科學監控中將更多的應用這一方便，靈敏以及特異性高，不需太多化學試劑的生物傳感器技術。
??? 2.2 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、新設備的不斷投入使用，生物傳感器以其靈敏性強和特異性高，以及重復使用率高等特點不斷滲透到體育教學和科研中來。體育教學中，尤其是體育實驗教學過程中，如何簡單、便捷的完成教學任務，達到教學目的，安全、環保的完成實驗教學，已經成了許多研究者的追求目標?，F在每完成一個實驗，尤其是運動生理學實驗，不僅需要昂貴的儀器，還要花費很多的耗材。這種易操作、價格便宜、易于批量生產、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。
??? 在體育科學研究過程中同樣追求新方法的研制，新技術的應用以新產品的使用。體育科學研究的對象主要是人，如何揭示人體運動過程中的生理生化以及身體機能的變化，需要一種安全的，無創的，而準確的儀器來采集人身上的數據。
??? 3 生物傳感器在醫學和運動生理學中的應用
??? 3.1? 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?？蓜討B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面和內部溫度、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)固定化膜和氧電極組裝在一起，首先制成了第一種生物傳感器，即葡萄糖酶電極，如今葡萄糖酶傳感器現已廣泛應用于血液里葡萄糖的檢測中[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后才能有結果。而他們所用的兩種傳感器能在不到1分鐘，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]也研制了一種有硅制成的電流傳感器，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，除非把探針放置于血管內。我國學者周愛玉等[8]研制出一種基于干法光學反射原理，以AD?滋C924微轉換器為控制核心，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系統，該系統將在Hb現場快速檢測和血液篩查中有廣泛的應用前景。當然利用生物傳感器在體監測和連續監測運動過程中的乳酸濃度技術還需進一步改進和完善。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、乳酸自動分析儀研制成功[9]，儀器在1min內能自動完成采樣、分析、清洗等全部操作，分析的重復性很好，誤差小于2%。
??? 另外，表面等離子體諧振（SPA）在生化指標的檢測方面得到了廣泛應用。SPR傳感器能夠準確、靈敏、快速、簡便地檢測多種生化指標，并實時監測生物大分子間的相互作用及影響因素的作用環節用其測定糖尿病腎病患者尿樣中的蛋白含量，靈敏度和精確度比現行臨床方法都有很大提高[10]。還有人研制了[11]一種基于叉指陣列（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 等將光纖去掉包層后鍍上金膜,通過自組裝技術將肌紅蛋白" title="肌紅蛋白">肌紅蛋白和肌鈣蛋白抗體連接到羥甲基化葡聚糖層,用這種方法制成光纖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 。
??? 生物傳感器已在醫學和運動生理學領域得到很大的應用，不久的將來，這些傳感器將不斷滲透進體育活動的科學訓練中來，為科學訓練提供更加靈敏的監測方法和手段。
??? 3.2 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]。由于眾多探針在一次反應體系中反應,還去除了不必要的系統誤差,數據的均一性得到了保證。生物芯片表面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于醫學監床診斷、新藥開發、尋找新基因、DNA測序等。將來生物芯片不僅能應用于運動員選材、興奮劑的監控，還可用于運動訓練的科學監控。
??? 4 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、易于批量生產、能夠進行在線在體監測等優點將會應用到更廣泛的領域。雖然目前應用于體育科學中的生物傳感器僅用于血糖、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。
本站內容除特別聲明的原創文章之外，轉載內容只為傳遞更多信息，并不代表本網站贊同其觀點。轉載的所有的文章、圖片、音/視頻文件等資料的版權歸版權所有權人所有。本站采用的非本站原創文章及圖片等內容無法一一聯系確認版權者。如涉及作品內容、版權和其它問題，請及時通過電子郵件或電話通知我們，以便迅速采取適當措施，避免給雙方造成不必要的經濟損失。聯系電話：010-82306118；郵箱：aet@chinaaet.com。