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화학물질의 측정은 의료·생산공정·환경 등 여러 분야에서 이루어지며, 여러 가지 화학물질이 섞여 있는 시료에서 특정 화학물질을 선택적으로 측정하기 위해서는 일반적으로 각종 장치, 복잡한 조작, 긴 시간이 필요하다. 그러나 생명체에 존재하는 효소·항원·항체 등과 같은 특정 화학물질을 인식할 수 있는 생체물질들을 이용한 바이오센서를 사용하면 이러한 측정을 간단하고 신속하게 수행할 수 있다.

효소 센서의 경우 효소의 촉매기능에 의하여 생성 또는 소비되는 물질이 이온 선택성 감응막에 생성시킨 막전위차를 측정(전위측정형)하거나, 이 물질과 전극과의 반응에 의한 전류값을 측정(전류측정형)하여 효소반응에 관여하는 각종 물질의 농도를 알아내는 효소 전극 센서가 가장 널리 사용된다. 또한 이온감응성 전계효과형 트랜지스터의 게이트 표면에 pH변화를 일으키는 효소를 고정시킨 트랜지스터 센서, 고정화 효소와 화학반응열을 측정하는 서미스터를 결합한 센서, 수정진동자(水晶振動子)를 이용한 센서 등도 개발되었다. 효소 센서로는 혈당량을 측정하는 글루코오스 센서가 최초로 실용화되었으며 알코올 센서, 유기산 센서, 아미노산 센서, 요소 센서 등이 개발되었다. 면역 센서는 항원과 항체 사이의 선택적 결합력을 이용해 혈액 등의 체액에 존재하는 단백질·항원·호르몬·의약품 등의 측정에 이용된다. 전극을 이용한 면역 센서는 항원 또는 항체 고정화막과 전극으로 구성되며, 항체 고정화막은 양전하로 하전되어 있는데 음전하를 띠고 있는 단백질 등의 물질이 막표면에 결합하게 되면 막의 양전하가 감소하게 되어 막전위가 변화하고 이를 전극으로 측정하는 원리로 이루어진다. 면역 센서를 이용해 매독혈청의 진단, 혈액형의 판독 등을 할 수 있다. 전극형 면역 센서 이외에도 광계측(光計測) 장치, 수정진동자 등을 이용한 면역 센서도 개발되었다. 한편 생체 내에는 효소·항원·항체 외에도 화학물질을 인식하는 물질이 많이 존재하므로 수용체를 이용하는 수용체 센서, 세포 소기관을 이용하는 센서, 미생물 센서, 세포 센서, 조직 센서 등 각종 센서가 개발되었다.