第14章生物传感器.ppt

第14章 生物传感器(biosensors) 14.1概述 2. 定义 由感受器对待测物质进行分子识别，发生生物化学变化，产生的信息通过换能器转变成电信号或光信号，由检测器检测出待测物质的含量的一种分析方法。 感受器 换能器 信号转换器 检测器 3.原理 4. 分类 根据生物分子识别元件上的敏感物质 酶传感器、组织传感器、细胞传感器、微生物传感器、免疫传感器、基因传感器等 根据信号转换器 电化学生物传感器、半导体生物传感器等 其他分类 被测对象、大小、功能 电位型电极 离子选择电极 是一类对特定的离子呈选择性响应的电极，具有快速、灵敏、可靠、价廉等优点，因此应用范围很广。 作为生物传感器的信号转换器只是它的一种应用，在生物医学领域也常直接用它测定体液中的一些成分（如H+，K+，Na+，Ca2+等）。 14.2 酶传感器 如果选择一种酶，能对某种被测物的特殊反应具有专一的催化作用，把这种酶固定在膜或选择性电极上，便可制成酶传感器的敏感元件。 4.酶电极及酶传感器实例 生物分子识别元件：葡萄糖氧化酶膜 可用的测量量：O2的减少量或H2O2的产生量 信号转换元件：氧电极及H2O2电极 应用：测血糖、尿糖 氧电极 电流型电极 可测定的物质有葡萄糖、乳酸、L-氨基酸、亚硫酸盐、水杨酸盐、草酸和丙酮酸等 目前用得最多的氧电极是电解式的Clark氧电极，Clark氧电极是由铂阴极、Ag/AgCl阳极、KCl电解质和透气膜所构成。当将氧电极插入含有溶解氧的溶液后，溶液中的O2将扩散，透过透气膜到达铂阴极表面被还原，还原电流值与溶解氧的量有关。 阴极反应：O2＋ 2H2O ＋4e → 4OH-阳极反应：4Ag ＋4Cl- → 4AgCl + 4e H2O2电极 H2O2氧化产生的电流与葡萄糖的浓度在一定范围内成正比 可测定的物质有葡萄糖、L-氨基酸、乙醇、胆固醇、丙酮、黄嘌呤、乳酸、谷氨酸、乙酰胆碱、胆碱和亚硫酸等。 生物分子识别元件：乙醇氧化酶膜 信号转换元件：氧电极 14.3 生物组织传感器 以动植物组织薄片材料作为生物敏感膜的生物传感器 特点： 酶处于天然、理想状态，功效高 寿命一般较长 有些没有了解的反应途径或无条件拟合的体系，可直接用组织代替 组织可直接成膜，便于固定，成本低 组织酶源广 商品化难以实现 实例1:猪肾组织L-谷氨酰胺电极 实例2:花椰菜膜L-抗坏血酸组织电极 14.5 微生物传感器1.特点 适合发酵体系 微生物的菌株价格低 其细胞内酶的活性因细胞增殖而再生,寿命长 适合完成需要辅助因子的复杂连续反应 干扰较酶传感器严重 2. 微生物传感器的分类 4.实例1：葡萄糖微生物电极 实例2：BOD微生物传感器 14.6 免疫传感器 引言: 免疫 自然免疫 获得性免疫  免疫分析 抗原 抗体 免疫传感分析 特点：利用抗原、抗体所具有的高灵敏度、高选择性的结合做为分子识别手段进行分析。 免疫传感器分类：非标记免疫传感器和标记免疫传感器两类 1 非标记免疫传感器 原理： 抗体与抗原（蛋白质）的结合有高度选择性，当两者结合时，蛋白质分子发生各种性质变化，如携带的大量电荷会产生电位变化，继而引起事先固定了抗原或抗体的各种转换元件电化学及物理参数的改变。 2 标记免疫传感器 标记免疫传感器 其他生物传感器 场效应晶体管型生物传感器例：酶场效应晶体管型生物传感器 光纤生物传感器 仿生型生物传感器 分子印迹生物传感器 生物传感器的发展方向 集成化与功能化 提高灵敏度 智能化 生物传感器(Biosensors)的研发及其 在发酵工业中的应用 一、生物传感器 应用研究概况 国内外得到应用的生物传感器主要包括： 1测定水质的BOD分析仪、在市场上有以日本和德国为代表产品供应。 采用丝网印刷和微电子技术的手掌型血糖分析器，已形成规模化生产，年销售量约为十亿美元； 固定化酶传感分析仪：国外以美国的YSI公司和德国BST公司为代表，都有系列分析仪产品，它们主要用于环境监测和食品分析，国内到目前为主只有山东省科学院生物研究所的系列化产品在市场得到应用。 4 SPR生物传感器，在日、美、德、瑞典等国得到了开发和初步应用。 极大多数同类其它研究还都处在探索性阶段， 手掌型葡萄糖(glucose)分析仪 系列化生物传感器技术研发现状 SBA-50型单电极生物传感分析仪，是SBA-30型乳酸分析仪的更新换代产品 SBA-70型血糖乳酸自动分析仪 二、生物传感器 的应用 在我国发酵工厂普及应用的SBA-40型谷氨酸-葡萄糖双功能分析仪 3、乳酸传感器在发酵上的应用