第二讲 生物传感器.ppt

　1.1 Generalization （概述） 　1.2 Principle （基本原理） 　1.3 Classification（分类） 　1.4 Application（应用） 传 感 器 是 什 么？ 人体中的传感器： 耳朵、眼睛、手指、鼻子和舌头 …… 传感器是什么？ 1.1 概述 传感器：能感受(或响应)一种信息并变换成可测量信号(一般指电信号)的装置。 生物传感器：将生物体的成份（酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织）固定化在一器件上作为敏感元件的传感器称为生物传感器。 Ⅱ 生物传感器的基本组成 敏感膜（分子识别原件）、换能器（传送和转换）和 信号处理器 Ⅲ 生物传感器的优点 第一代生物传感器： 1962年，Clark和 Lyon报道了用葡萄糖氧化酶与氧电极相结合检测葡萄糖的结果，可认为是最早提出了生物传感器（酶传感器）的原理。 第一代生物传感器： 1977年,钤木周一等发表了关于对生化需氧量(BOD)进行快速测定的微生物传感器的报告 ,并在微生物传感器对发酵过程的控制等方面 ,作了详细报导 ,正式提出了对生物传感器的命名。 上市产品： ① 1979年，美国YSI公司(维赛仪器公司) ，血糖测试用酵素电极。 ② 1988年，美国Medisense公司（1996年，雅培），电化学法血糖仪-- ExactechPen ，袭卷70%以上的第一代产品市场，成为生物传感器业的盟主。目前全球每天有250万人使用MediSense的血糖仪。 Ⅳ 生物传感器的发展历程 第三代生物传感器: Ⅴ 国内外得到应用的生物传感器： 采用丝网印刷和微电子技术的手掌型血糖分析器，已形成规模化生产，年销售量约为10亿美元 固定化酶传感分析仪，国外以美国的YSI 公司和德国BST公司为代表，都有系列分析仪 产品，它们主要用于环境监测和食品分析， 国内到目前为主只有山东省科学院生物研究 所的系列化产品在市场得到应用。 SPR (surface plasma resonance)生物传感器，在 日、美、德、瑞典等国得到了开发和初步应用。 Ⅵ 生物传感器的发展方向 1.2 生物传感器原理 生物功能物质和分子识别： ? 分子识别过程是分子在特定的条件下通过分子间作用力的协同作用达到相互结合的过程。“特定的条件”即是指分子要依靠预组织达到互补的状态，“分子间相互作用力”即是指存在于分子之间非共价相互作用，而“协同作用”则是强调了分子需要依靠大环效应或者螯合效应使得各种相互作用之间产生一致的效果。 ? 具有识别能力的生物分子称为生物功能物质。 例如：葡萄糖氧化酶能从多种糖分子的混合溶液中，高选择性地识别出葡萄糖，并把它迅速地氧化为葡萄糖酸内酯。这种葡萄糖氧化酶即称为生物功能物质。 ? 生物功能物质能够识别相应的生物分子，具有很高的选择性。犹如钥匙和锁的关系一样，一把钥匙只能打开一把锁。因此所制备的生物传感器具有很高的选择性，可以从不经前处理的样品中，直接测定出欲测的物质。 生物功能物质的固定化 将具有分子识别能力的生物功能物质，如酶、抗原、抗体等，包藏或吸附于某些高分子材料，生物高分子或无机材料，如分子筛内制备成感应器，称为生物功能物质的固定化。 固定化技术的研究是生物传感器的研究和开发中最为重要的工作。 生物功能物质的固定化方法 直接化学结合法： 将电极表面先经过化学处理或修饰，然后将生物功能物质以共价，离子或配位等方式结合固定于电极表面。 ② 架桥化固定法： 用多功能的试剂，如戊二醛与酶蛋白分子相互结合，起 着桥梁的作用，从而使酶固定于电极表面，是酶固定化用得 比较多的方法。 ③ 高分子载体包埋法： 将生物功能物质与合成高分子Nafion(全氟磺酸树脂) 或生物高分子丝素蛋白经溶剂混合而使酶包埋其中，制备成 具有活性的感应膜，再把它覆盖到转换器即电极的表面，构 成生物传感器。 ④ 高分子膜吸附法： 先在电极表面上修饰一层合成高分子或生物高分子，然 后将生物功能物质吸附到高分子膜上，制备成感应器，再与 转换器结合，构成传感器。 ⑤ 电聚合高分子包埋法： 将单体和生物功能物质同时混合于电解液内，通电使单 体在电极表面电聚合成高分子，与此同时可以将酶包埋于高 分子膜内，直接固定于电极表面，构成生物传感器。 ⑦ 无机材料吸附结合法： 利用无机材料如分子筛或氧化铝等的强烈的吸附 性，以此作为载体，先将分子筛用聚乙烯调制后固 定于电极表面，然后使生物功能物质吸附固定于分 子筛膜内，即可构成生物传感器。 ⑧ 碳糊固定法： 将酶用石蜡油等溶剂调匀，再加入石墨粉调制成 糊状物，填充于玻璃管内制