第11章生物传感器.ppt

生物传感器 杨小勤 生工2 班 目录 第一节 概述 第二节 生物传感器的原理和特点 第三节 生物敏感膜和敏感元件的制备 技术 第四节 应用领域 第一节 概述 1 传感器的定义与分类 定义：能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 敏感元件：指传感器中能直接感受（或响应）被测量的部分； 转换元件：指传感器中能将敏感元件感受（或响应）的被测量转换成适宜传输和测量的电信号部分。 基本组成 敏感元件 酶、抗体、核酸、细胞等 转换器 电化学电极 光学检测元件 场效应晶体管 压电石英晶体 组织传感器 固定化微生物 微生物传感器 固定化酶 免疫传感器 酶传感器 固定化抗体 生物组织切片 固定化寡链核苷酸 生物分子 识别元件 基因传感器 分类 生物传感器按生物分子识别元件敏感物质分类 分类 1）根据生物传感器中分子识别元件中的敏感物质分类：酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、免疫传感器 2）依所用换能器来分类：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 3）根据传感器输出信号产生的方式来分类：代谢型或催化型生物传感器；亲和型生物传感器 第二节 生物传感器的原理和特点 电 信 号 电极、半导体等 热敏电阻 光纤、光度计 压电晶体等 表面等离子共振 信号转换器 生物功能性膜 分子识别 化学物质 热 光 质量 介电性质 生物传感器的工作原理根据生物分子识别部分发生的变化分为下列四种： 1）将化学变化转变为电信号 2）将热变化转换为电信号 3）将生物光效应转换为电信号 4）直接诱导电信号 生物传感器的主要特点 （1）特异性好：能从复杂的系统中准确测出某一物质的浓度。 （2）灵敏度高：可检测0.1~1.0ppm浓度的物质，最小极限为10-10g/mL。 （3）稳定性相对较差：检测结果易受物理和化学环境因素的影响。 （4）不能加热杀菌处理：其中的生物物质有失活的可能，因此一般不能加热杀菌处理。 （5）制作工艺精细，废品率高，成本昂贵。 第三节 生物敏感膜和敏感元件的制备技术 敏感元件=基体材料+成膜材料+敏感功能材料 1、构成及材料 基体材料：敏感元件的载体 成膜材料：用于固定敏感功能材料的物质，具有良好的成膜性、一定的刚柔和柔韧性、一定的物理和化学作用 敏感功能材料：是传感器的核心组成，能直接感受被测对象的非电量信息部分 2、生物敏感材料的固定化技术 基本方法 （1）夹心法：将生物活性材料直接封闭在双层滤膜中间，然后固定在基本材料表面 优点：简单，固定量大、响应速度快、重现性好 缺点：生物材料的用量大 （2）吸附法：依据带电的酶或细胞和 载体之间的静电作用，使酶吸附于惰 性固体的表面或离子交换剂上。 优点：条件温和，操作简便，酶活力损失少。 缺点：结合力弱，易解吸附。 （3）包埋法：多样，失活小，影响因素多 将酶用物理的方法包埋在各种载体（高聚物）内。分为： 网格型：将酶包埋在高分子凝胶细微网格中。 微囊型：将酶包埋在高分子半透膜中。 包埋法是目前应用最多的一种较理想的方法，与其它固定化方法相比： 优点：不与酶蛋白氨基酸残基反应，很少改变酶的高级结构，酶活回收率高。 缺点：只适合作用于小分子底物的酶。 （4）共价键结合： 借助共价键将酶的活性非必需侧链基团和载体的功能基团进行偶联。 偶联成功与否取决于：载体、酶分子 优点：酶与载体结合牢固，不会轻易脱落，可连续使用。 缺点：反应条件较激烈，易影响酶的空间构象而影响酶的催化活性。