气雾栽培
快繁中心:
 
农业资源:
 
推广技术: 快繁怀旧 | 土楼温室 |
当前栏目:农业计算机>综合类>
2005年1月12日 作者:ctnyzn [返回]
生物感测器(传感器)与在农业上之应用


        生物感测器在感测器的发展史中,亦如近数十年来產业之发展历程。产业自电机、机械、化工产业逐渐朝向电子业,感测器之发展即朝向结合电子电路之智慧型感测。在产业朝向生物技术时,感测器的发展即倾向生物感测器。目前生物感测器之发展以医学为主,原因在于市场大,购买意愿高。

感测器

        感测器共有四个组件:1.感测元件,2.讯号处理,3.讯号加工,4.讯号表现。由于电子工业的进步,后三项之感测组件其设计、制造己十分成熟,也朝向标准化与国际化。例如输出之讯号在电压自0~5V,0~3.5V等范围加一标准化为0~2V。在电流方面逐步统一为0~20mA以取代原4-20mA。

        感测器之重要性由工业自动控制中,”无感测即无控制,即无法管理”,之口号可知。依感测元件之材料组成,可分为机械感测(应变、应力等),环境感测(温度、相对湿度、日照量等),品质感测(糖度、硬度、坚实度、空洞程度等),与化学感测(pH、EC、DO、BOD等)。感测元件又可以其感测原理可分为物理感测元件、化学感测元件与生物感测元件。以电容式相对湿度计为例,即是利用空气中相对湿度对感测元件之电容量影响,加以换算表现。pH计是利用待测溶液酸碱量对感测元件电位之变化加以量测。

生物感测器

        生物感测器其定义有两项:以生物感测元件,或感测对象为生物性之活动。

(一)、生物感测元件:

       物理量测元件系以金属元件为主。化学感测元件以电位化学量为主,化学元件如电解液、参考电极。而生物感测元件即以生物材料为感测元件,利用生物元件与待测对象(例如血糖浓度)引起之物理或化学反应,再由物理与化学之反应量对于原来物理元件或化学元件产生之讯号再加以呈现。以目前己使用的生物感测器为例:

        尿素感测器:利用尿素与生物感测元件之酵素产生氨液,再由传统氨液计量出增加之氨量转换成尿素量测值表现。

        生物反应槽内微生物细胞浓度感测器:采用特殊之单糖原料为生物感测元件。微生物细胞与单糖之反应引起温度增加,结合性能准确的温度计。由温度之增加量换算为细胞浓度加以表现。

(二)、感测生物性活动

        针对生物本身之活动现象,利用各种感测器加以了解其生理活动的量化数值。生物可小自细胞内之病毒,大至植物、动物之生命现象。所用的感测器可使用上述之生物感测元件或是传统之环境感测或化学感测等元件。

        以病毒检测为例,传统方式在抗体、抗原结合后使用ELISA感测技术。耗时长久、准确性差。因此有利用抗体与抗原的结合现象进行氧化还原之电化反应,或是以磁场放大方式探测抗原是否存在,此即是结合感测器与病毒侦测合而为一之感测技术。

        再以生物反应器为例,生物反应器内微生物密度与培养基内养份变化为生产过程中最需要了解之参数。目前的量测作业系以抽样方式自反应器内部取出样本,以实验室设备加以量测。对于此两参数之直接量测,在生物感测方面有以反应器上部空间氧气、二氧化碳等浓度变化以间接计算生物细胞密度与培养基养份之消耗。另一种方式系以电阻之变化以量测细胞浓度之变化。

        由上述的讨论可知,生物感测器有其特性,重点不离开生物。无论是以生物物质做为感测元件或是量测生命现象,一定要与生物有关。以水果品质中香味而言,以酵素为元件感测香味,此即是生物感测器。以近红外线或音波等光电技术探测甜度,此为传统品质感测器而不是生物感测器。

生物反应器之应用

目前在研究阶段或是己商品化的生物反应器主要可分成三大类:

(一)、环境监测,(二)、生物反应过程之监控,(三)、医学监控

(一)、环境监测方面

        主要用以环境保护,因此针对空气中有毒物质或水中之污染物。针对水资源量测的对象有BOD、重金属、杀草剂、杀虫剂、石碳酸、硝酸盐、亚硝酸盐、硫离子等。空气品质之监测有二氧化碳、亚硫酸、NH3等。未来发展朝向微生物之监测。

(二)、生物反应过程之监控

        在生物反应器之生产流程中,需要监测酒精、脂肪酸、氨、细胞浓度、二氧化碳、乙烯、葡萄糖、果糖等成份,而且必需采用线上即时量测加以控制反应器各调节器之作业。在进行生物反应器之自动化作业时,可利用之生物感测器监控系统必需即早建立。

(三)、医学监测

        此是生物感测器主要发展对象,也因此产业的高度需求,医学监测为主的感测器成为生物感测器之发展主流。

生物感测器在农业上之应用

       广义的农业包括农、渔、牧等产业。而在狭义的传统农业中,对象为粮食作物、园艺作物与药用作物等。目前生物感测器在此传统农业上其应用机会仍以环境监测与生物反应过程之监控为主,因此可研究开发之项目列举如下:

(一)、农产品之卫生(清洁性)侦测

        以生物感测器,迅速且准确侦测出蔬菜、水果等农產品之残毒(杀菌剂、杀虫剂与其他农药等化学品)

(二)、土壤与水资源污染侦测

(三)、植物病毒与微生物侦测

        以生物感测器取代传统ELISA技术,缩短检查时间,提高准确性。微生物之检测包括真菌、细菌等,这种检测作用除了应用于植物生长之健康状况侦察,对于组培苗生产特别重要。

(四)、植物生物反应器之监控

        目前植物生产之反应器主要用以生产种苗(分生组织或体胚)或是用以生产二次代谢物(例如灵芝液)。为了发展量产过程之自动化作业,必需尽速开发生物感测器。针对生物反应器之各项物理、化学环境与生物本身生长状况加以即时线上侦察。
 上一篇文章:荷兰之育苗管理系统
 下一篇文章:作物生理传感与果菜栽培
  点击数:20913  本周点击数:24    打印本页   推荐给好友    站内收藏   联系管理员    

与此文相关文章:

相关文章:
智能化叶片与植物之间的和谐统一环境因子的感觉器官_传感器
温室计算机控制与管理技术的发展概况及在我国的应用前景温室传感器
 
 
最新的文章: 本周热门文章: 最热门文章:
 1568平方米拱棚温…
 我院农作物所参加蔬菜…
 丽水成全球最前沿!在…
 市实验小学师生前来我…
 676平方米矩式鸟巢…
 
   丽水成全球最前沿!在…
 760平方米鱼菜共生…
 2017年免费技术培…
 1568平方米拱棚温…
 我院农作物所参加蔬菜…
 标准智能化快繁基地的…
 未来农业发展的最新项…
 cctv7台《科技苑…
 植物非试管快繁技术在…
 柳树图片--垂柳,青…
 
友情链接 | 网站导航
本站网络实名:"植物快繁_植物克隆_植物非试管快繁技术","城市观光农业","芽苗菜"," 气雾栽培技术","草地果园","荧光花卉"
地址:浙江省丽水市丽阳街827号 邮编:323000 联系电话:0578-2268927 email:2671654005@QQ.com
中国农业硅谷网 .浙ICP备13024069号 浙江省丽水市农科院农业智能化快繁中心制作维护 版权所有 复制必究