《现代传感术与系统》课件第三章(3-4)要点.ppt

第三章(3) 智能传感与信息系统 3.3.4 用于分子识别的生物传感器 要点1. 生物系统的分子识别机理 ----细胞通讯与神经突触 胰导素类的荷尔蒙分子通过遍布全身的特殊细胞分泌，这种分子从正在分泌的细胞到特殊的目标细胞之间传递相应信息。通过这些信息分子的交换，在生物系统实现了细胞间的通讯。 另一种细胞间的联系产生于神经突触(synapse)，即神经元之间的结点。神经末梢分泌神经传递分子。因为相邻神经元之间通过3nm的气隙连接，分泌的神经传递物质扩散至相邻的神经元从而实现信息的传送。 3.3.4 用于分子识别的生物传感器 要点2: 生物间信息传递的基本要求 ---- 分泌、传输及接收 在接收机理中，每一个特殊的分子信息被选择性地识别。能在目标细胞中分辨相应分子信息的是接收体蛋白质。 第一类:与离子通道相关的接收器 第二类:与G蛋白相关的接收器构成 第三类:包括磷活化酶相关的接收器。 3.3.4 用于分子识别的生物传感器 要点3: 用于分子辨识的生物传感器设计原理 方式1: 实施面向特定目标的接收器蛋白质的选择 早在1970年以后就受到充分的关注。这种类型生物传感器的最重要部分是用于分子辨识的装有生物材料的接收器。有两组生物材料可用于接收器：以酶为代表的生物催化物质和包括抗体与连接蛋白质在内的生物吸附物质。 3.3.4 用于分子识别的生物传感器 方式2: 非特定接收器和神经网络的集成 可对一定范围内的分子产生响应。许多络合物质及生物体可以作为非特定型接收器工作。这些物质根据每一类设定目标分子的反映特性，以略微不同的方式对其作出响应。通常需使用几种非特定型接收器去分辨某一种特定的气味或味道。 　 每种非特定接收器与一个信号交换装置成对配置。整个传感系统由多段组合了具有不同特性的非特定接收器组成，对特定的分子来说，这些分段的输出信号可能是不相同的。 传感部分的输出信号被传输到神经元网络，经学习之后，借助于接收器的非特定识别和神经元网络的模式识别，整个传感系统就可以区分识别特定的分子了。 3.3.4 用于分子识别的生物传感器 要点4: 生物催化传感器的常见结构 分子辨识部分 酶是这类传感器最通用的分子辨识部件，通过在多点的特定交互作用以及随之而来的特殊催化反应，酶的催化作用被精心设计以辨识对应的基原物质。辨识对象限定于酶反应物和其它一些物质。目前已应用的例证大概有：葡萄糖、果糖、蔗糖；谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸；胆固醇、神经脂类；尿素和三磷酸腺苷 (ATP Adenosine triphosphate)等。 3.3.4 用于分子识别的生物传感器 信号变换部分 分子辨识之后是和用电化学、光、热或者声学装置实施的信号转换。因为生物催化作用常伴随着这些领域中的参量变化，所以生物催化型的生物传感器可分为：电化学、光学、热学和声学传感四类，主要取决于它们的信号转换原理。 3.3.4 用于分子识别的生物传感器 3.3.4 用于分子识别的生物传感器 ⑵ 用于乙醇识别的生物催化传感器 将镀铂电极浸入含有酒精脱氢酶的溶液中，脱氢酶与麦尔多拉蓝（meldola’s blue）合成然后转化为含吡咯（pyrrole）的溶液。乙醇或以气态或以液态渗透薄膜，并且由酒精脱氢酶键合膜来识别。在酶的活跃点经过酒精脱氢酶，电子从乙醇转移到烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD nicotinamide adenine dinucleotide）,其结果是NAD的减小。在减小的NAD表现形式与电极之间，麦尔多拉蓝与吡咯形成了一个电子传输网络。 3.3.4 用于分子识别的生物传感器 ⑶ 用于三磷酸腺苷（ATP）识别的生物催化传感器 ATP是由ATP酶和荧火虫的莹光酶选择性辨识的。ATP酶催化ATP的分解，生成二磷酸腺苷（ADP），当荧光和ATP出现时，荧光酶产生冷光，因为具有与ATP极为密切的相关性，荧火虫的荧光酶是非常合适的高敏感性ATP测量介质。 用于ATP识别的ATP酶基生物传感器已通过固定型ATP酶与热电阻偶合的方式得以实现。因为热是通过生物催化反应定量产生的，ATP酶对ATP的识别是经由热电阻转化的。 此外，荧火虫的莹光酶是通过光纤或光导与光计数器或光电二极管偶合的。 3.3.4 用于分子识别的生物传感器 (4) 用于同类免疫测试的光学免疫传感器 免疫传感器的选择性可能是基于抗体的选择性分子辨识。源于抗体对相应抗原的极高的吸附性，免疫测试技术通常可提供高度的选择性。然而，如果没有明显合适的标记，取得高灵敏度从技术上来说是很困难的。象酶这样的