生物传感器的工作原理-电子科技大学.PPT

生物传感器 目录 11.1 简要介绍 11.2 酶传感器 11.3 微生物传感器 11.4 免疫传感器 11.5 半导体生物传感器 11.6 生物传感器应用与未来 本章小结 11.1 简要介绍 生物传感器的发展史 定义及说明 生物传感器的基本组成和工作原理 生物传感器的分类 生物传感器的固定方法 生物传感器的特点 生物传感器的发展史(1) 生物传感器发展的整体划分: 生物传感器定义及说明 生物传感器的基本组成和工作原理 生物传感器的基本组成 生物传感器的工作原理分类 生物传感器基本构成示意图 生物传感器的分子识别元件 生物传感器的工作原理 将化学变化转变成电信号（间接型） 将热变化转换为电信号（间接型） 将光效应转变为电信号（间接型） 直按产生电信号方式（直接型） 化学物质 物理 热 被测 化学 （产生 光 ） 电信号 物质 变化 声 将化学变化转变成电信号的生物传感器 将热变化转换为电信号的生物传感器 将光效应转变为电信号的生物传感器 生物传感器的特点 根据生物反应的奇异和多样性，从理论上讲可以制造出测定所有生物物彻质的多种多样的生物传感器； 这类生物传感器是在无试剂条件下工作的(缓冲液除外)，比各种传统的生物学和化学分析法操作简便、快速、准确； 可连续测量、联机操作、直接显示与读出测试结果。 生物传感器的分类 按分子识别元件分类 按换能器分类 按器件分类 电化学电极 光学换能器 介体 半导体 传递系统 换能器 热敏电阻 压电晶体 生物传感器的固定方法 夹心法 将生物活性材料封闭在双层滤膜之间，形象地称为夹心法。 这种方法的特点是操作简单，不需要任何化学处理，固定生物量大，响应速度快，重复性好。 吸附法 用非水溶性固相载体物理吸附或离子结合，使蛋白质分子固定化的方法． 载体种类较多，如活性炭、高岭土、硅胶、玻璃、纤维素、离子交换体等。 包埋法 把生物活性材料包埋并固定在高分子聚合物三维空间网状结构基质中。 此方法的持点是一般不产生化学修饰，对生物分子活性影响较小；缺点是分子量大的底物在凝胶网格内扩散较固难。 共价连接法 使生物活性分子通过共价键与固相载体结合固定的方法。 此方法的特点是结合牢固，生物活性分子不易脱落，载体不易被生物降解，使用寿命长； 缺点是实现固定化麻烦，酶活性可能因发生化学修饰而降低。 交联法 依靠双功能团试剂使蛋白质结合到惰性载体或蛋白质分子彼此交联成网状结构。 这种方法广泛用于酶膜和免疫分子膜制备，操作简单。 11.2 酶传感器 酶传感器信号变换方式 尿酸用固定化酶膜传感器 葡萄糖传感器 信号变换方式 (1)电位法 电位法是通过不同离子生成在不同感受体， 从测得膜电位去计算与酶反应有关的各种离子的浓度。一般采用铵离子电极（氨气电极）、氢离子电极、氧化碳电极等 (2)电流法 电流法是从与酶反应有关的物质的电极反应得到的电流值来计算被测物质的方法。电化学装置采用的是氧电极。燃料电池型电极和过氧化氢电极等 尿酸用固定化酶膜传感器 葡萄糖传感器 工作原理 测量氧消耗量的葡萄糖传感器 测Ｈ2Ｏ2生成量的葡萄糖传感器 工作原理 测量氧消耗量的葡萄糖传感器 测量氧消耗量的葡萄糖传感器 氧电极构成：①由Ｐb阳极和Ｐt阴极浸入碱溶液，②阴极表面用氧穿透葡萄糖（基质）膜覆盖[特氟隆，厚约１０μmm] 氧电极测O2原理：溶液中的O2穿过特氟隆膜到达Pt阴极上，按下式有被还原的阴极电流通过，其电流值与含O2浓度成比例。 Ｏ2+２Ｈ2Ｏ+４e=======４ＯＨ－ 测Ｈ2Ｏ2生成量的葡萄糖传感器 Pt阳极 聚四氟乙烯膜（作用） 固相酶膜 半透膜多孔层 半透膜致密层 聚四氟乙烯膜（作用） 它避免了电极与被测液直接相接触，防止了电极毒化；