环境分析化学生物传感器Biosensor方案.ppt

生物传感器 Biosensor 第一部分 生物传感器简介 生物传感器的性能特点 生物传感器的基本组成、工作原理及分类 传感器的发展和应用 一、 生物传感器的性能特点 1．生物传感器的概念： ·生物传感器（Biosensor）是一类特殊的化学传感器，它应用的是生物机理, 将生物化学传感同电子信号转换技术相结合的一种测量装置。 ·用生物体成分(酶、抗原、抗体等)或生物体本身(微生物、细胞器、动植物组织等)为敏感材料, 经过适当的方法固定在惰性基质上构成分子识别元件，再和信号转换器件(传导器)组成的传感器，它可以将生物信号转化为数量化的电信号。 简言之: 生物传感器是将生物感应元件的专一性与一个能够和待测物浓度成比例的信号传导器结合起来的一种小型化分析装置。 2．生物传感器的特点 （1） 一般不需要样品的前处理，不需加入其他试剂。 （2） 体积小，可以实现连续在线检测。 （3） 响应速度快、样品用量少，且由于敏感元件是固定化的，可以反复多次使用。 （4）? 选择性好、灵敏度高。 （5）?传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器，因而便于推广普及。 生物传感器应用于单一分析物的广谱性和特异性分析。响应范围 10-1—10-7mol/L。 二、生物传感器的基本组成、原理及分类 １、基本组成 由敏感元件（即生物元件）、信号传导器组成。 生物元件：生物体、动植物组织、细胞、细胞器、细胞膜、酶、酶组分、感受器、抗体、抗原、核酸、神经受体、有机物分子等。 传导器：电热测量式、电流测定式、电导率测量式、阻抗测定式、机械式、光强测量式、热量测定式、声强测量式、 “分子”电子式。 ２、工作原理 敏感元件（分子识别元件）和待测物质之间的相互作用有以下几种类型： （１）化学能变化；(如:质子H+浓度变化等) （２）热变化； （３）光效应转变； （４）声波变化; （５）场效应变化; （６）直接产生电信号方式。 ３、生物传感器的分类 　可以从三个角度进行分类：　　　　　　 生物亲和型Biosensor (1)根据传感器输出信号的产生方式，分为 代谢型或催化型 (受体与基质的反应特性及受体来源) 仿生生物传感器 (2)根据生物传感器中分子识别元件上的敏感物质分类； 酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。 (3)根据生物传感器的信号转化器分类 电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器、测声型生物传感器等。 传感器类型 敏感物质 信号传感器 传感器类型 ? ? ? ?  图２　生物传感器的分类 1.????? 酶传感器 以酶作为生物催化层，它是由离子选择性电极涂一含酶层构成。 特点:酶纯化条件苛刻,且酶离开其天然生活环境较易失活。 2.????? 细胞器传感器 细胞内含有残粒体、微粒体等细胞器,他们是高度机能的分子集合体。用他们构成生物催化层并与敏感膜电极结合可构成细胞器电极。 特点:细胞器仍需从天然环境中分离出来,故有酶电极类似的缺点。 3.????? 细菌(微生物)传感器 它是直接利用酶源——细菌作生物催化层的膜电极。 特点:选择性不如酶电极,但寿命较长,稳定性较好,响应时间长。 4.????? 组织传感器 以动植物的某些器官切片,或以其它方式固定这些组织或完整细胞,与敏感性电极结合形成组织传感器。 特点: 1)可用于不清楚或无法分离获取但又是所需要的酶,及其生物催化途径尚不清楚的系统;2) 天然组织含有必需的副酶及其它必要的成分,并处于最佳环境中,组织膜中的酶相当于被优化固定,所以电极寿命较长。3) 在某些完整的细胞体系中,具有一定生物催化活性的诱导或再生能力,活性可稳定至数周及数月;4)工艺简单,造价便宜。 5.????? 免疫传感器 非标记免疫传感器:使抗原或抗体与膜良好结合,与待测物中的抗原或抗体起免疫反应,形成抗原或抗体复合物,引起信号变化。 标记免疫传感器:放射免疫、酶免疫。 三、生物传感器的发展和应用 1. 生物传感器的发展 ·１９６２年　Clark 和Lyons最先提出酶电极的设想，将电极与含有葡萄糖氧化酶的膜结合应用于葡萄糖检测。此后，不同底物酶电极的报道相继出现。１９７５年第一台以酶电极为检测器的临床血糖分析仪问世。 ·２０世纪７０年代中期，人们研究酶电极的衍生物：微生物电极、细胞器电极、动植物组织电极、以及免疫电极等新型生物传感器，使生物传感