生物芯片的研究与应用重点.docx

《生物芯片的研究与应用》 绪论 1、传感器：能感受一种信息并转换成可测量信号的装置。 生物传感器（Biosensor）：对生物物质敏感并将其转换为可测信号（电信号等）进行检测的仪器。 由生物分子识别膜（识别生物分子）、换能器（信号转换）和信号处理器组成。 2、生物传感器的分类 按分子识别元件分类：微生物传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、免疫传感器、DNA传感器。 按信号转换器分类：电化学生物传感器、光学生物传感器、压电生物传感器、热生物传感器、磁生物传感器、半导体生物传感器。 3、生物传感器的特点：选择性、灵敏度、稳定性。 4、BOD分析仪：微生物膜降解有机物，消耗氧，使扩散到氧电极表面的氧减少，引起电流变化。 生物反应基础 DNA杂交：使单链DNA或 RNA分子与具有互补碱基的另一DNA或RNA 片断结合成双链的技术。即核酸分子间的杂交。 抗原与抗体 抗体的结构：Y型分子、重链（heavy chain, H)、轻链 (light chain, L)、链间二硫键、可变区和恒定区。 结合方式：抗原表位（抗原决定簇）与抗体结合位点（高变区）互补 结合作用力：静电作用力、氢键、疏水键、范德华力 单克隆抗体：由单一克隆B细胞杂交瘤产生的，只识别抗原分子某一特定抗原决定簇的特异性抗体。 DNA组成与RNA的区别 DNA：脱氧核糖、胸腺嘧啶；RNA：核糖、尿嘧啶 RNA易降解，RNA传感器的研究报道较少。 生物敏感元件的制备技术 DNA固定方法 吸附法：（主要由带负电的DNA与带正电荷的固体基材表面通过静电作用将DNA吸附在支持物上。）有直接吸附法、电化学吸附法。 自组装膜法：是一种比较理想的固定DNA探针的方法。一般以金电极为基体电极，在DNA探针分子一端修饰上巯基（-SH），利用-SH和金表面的共价结合作用将探针固定在电极上。特点：DNA高度有序，结合牢固，稳定性好，杂交效率高。 共价键合法：固定牢固，有利于杂交，但操作繁琐，固定量较少。 生物素-亲和素固定法：生物素-亲和素固定DNA时，通常先将亲和素通过共价偶联或静电作用连接于电极表面，利用生物素与亲和素之间极强的专一亲和作用，将生物素修饰的DNA探针固定在电极上。 抗体固定方法：物理吸附、共价结合法、生物亲和作用（避免抗体直接共价结合，破坏活性位点）、包埋法、交联法（戊二醛）。 玻片表面共价固定氨基DNA原理 电化学生物传感器 电化学传感器：基于待测物的电化学性质并将待测物化学量转变成电学量进行传感检测的一种传感器。 按转化成的电学量分类： 电位传感器、电流（安培或伏安）传感器、 阻抗（电阻型和电容型）传感器 原电池：化学能 —电能 ；电解池：电能—化学能 电极反应：通过电极而进行的间接氧化还原反应 电位型传感器：将溶解于电解质溶液中的离子作用于离子电极而产生的电动势作为传感器的输出而实现离子的检测，通过平衡电位来确定物质浓度。其中研究最多的是离子传感器。 电流型传感器：在一定的电极电压下，通过电极表面氧化还原反应产生的电流与待测物浓度成线性关系。界面双电层的形成。 阻抗型传感器：给电化学系统施加一个小振幅的交流信号（电位或电流）扰动电解池，测量电极的交流阻抗（交流电势与电流信号的比值），进而计算电极的电化学参数。 常用的电化学分析方法：循环伏安法（CV）、差分脉冲伏安法（DPV、方波伏安法（SWV）、线性扫描伏安法（LSV） 三电极系统 工作电极（WE）：电极上发生所研究的反应，常用的有玻碳、Pt、Au、Pb电极； 辅助电极（对电极，CE）：与工作电极组成电流回路，使工作电极上电流畅通，以保障研究的反应在电极上发生。 参比电极（RE）：电位恒定，不受溶液组成变化的影响，与工作电极组成电压回路，可作为基准来测量工作电极的电位。常用的有氢电极（0V），饱和甘汞电极（SCE，0.2412V），Ag|AgCl电极（0.199V）。 当通过电化学池的电流很小时，可由工作电极和参比电极组成二电极测量系统；当通过的电流很大时，参比电极将不能负荷，其电势不再稳定，需采用辅助电极构成三电极测量系统。 常用的电化学指示剂: (l)酶等具有催化氧化还原作用的电化学指示剂，碱性磷酸酶(ALP)、辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOD）；(2)电化学活性物质(如二茂铁，硫堇等)电化学指示剂；(3)金属纳米颗粒（纳米金等）作为标记物的电化学指示剂。 设计一种信号放大的电化学DNA传感器 光学生物传感器 光学生物传感器：生物分子特异性反应后，能产生可输出的特征光学信号（荧光、颜色变化等），从而分析待测物并输出可检测的信号。 光学生物检测方法种类：荧光生物传感器、化学发光与电化学发光、 表面等离子共振（SPR）光纤传感器、比色法及其它 荧光生物传感器 荧光物质：有机