仿生机械学的历史.PPT

酶传感器 酶传感器是由固定化酶与传感元件两部分组成的，其中酶是与适当的载体结合形成的不溶于水的固定化酶膜。 最常用的酶传感器是酶电极，即将固定化酶膜与转换电极做在一起，当酶膜与被测物发生催化反应而生成电极活性物质后，电极测定活性物质并将其转换为电信号输出。 酶电极 酶电极一般可根据电极检测物理量的不同分为电流型和电压型，前者一般有氧电极、H2O2电极等，后者有NH3、CO2、H2电极等。 较典型的一种酶电极为以Clark氧电极为基础的葡萄糖酶电极。 微生物传感器 微生物传感器也称为微生物电极，它属于酶电极衍生电极，因为除了生物活性物质不同以外，它们有相似的结构和工作原理。 微生物电极根据对氧的反应情况分为好氧性微生物电极和厌氧性微生物电极。前者利用氧电极或CO电极测定细胞的呼吸活性的变化来得出底物浓度，也称为呼吸活性测定型传感器；后者根据ISE电极测得微生物与被测物反应后生成的代谢产物如CO2、H2、H+等的浓度来测定底物浓度，也被称为代谢物质测定型传感器。 组织传感器 组织传感器是以动植物组织薄片材料作为生物敏感膜并利用酶组为反应催化剂的生物传感器，也称组织电极。 组织电极的工作原理类似于酶电极，但因为酶促反应存在于稳定的自然环境中，组织电极的酶活性比酶电极的离析酶活性高而且稳定性强，另外还不需要固定化等处理；但组织电极目前存在的问题就是其酶的选择性和灵敏度不太理想，因此目前组织电极还未能形成产品。 组织电极按敏感膜材料可分为动物组织电极和植物组织电极。 细胞器传感器 细胞器传感器与组织电极一样，细胞器传感器并且是一种多酶电极。细胞器中的酶有较高的酶活性和稳定的状态，将含所需酶的细胞器经过加工、分离，制成薄膜状并固定，再与相应敏感电极结合构成细胞器传感器。 例如将线粒体处理后的凝胶膜结合氧电极，利用其氧化磷酸化酶（电子传递粒子ETP）将NADH（辅酶Ⅰ）氧化，此过程消耗氧，通过测定氧含量就可测定NADH含量。 神经细胞的感知和传递功能 神经细胞大致分为三类----介导神经，运动神经，感觉神经。 个别神经细胞能感知外体的环境及体内的状态，并向其他的神经细胞传递，如由相应的神经细胞控制肌肉的收缩激素的分泌。 昆虫外皮是一种相当简单的复合材料，有些昆虫神经系统仅有几个传感器件，每个传感器件只有一个神经细胞，但是这足以让昆虫灵敏的对外界刺激做出相应的反应。 免疫传感器 免疫传感器是利用抗体对抗原的识别和结合功能，高选择性地测定蛋白质、多糖类等高分子化合物的传感器。 根据免疫反应的不同可分为非标记免疫传感器和标记免疫传感器。 诊断用生物传感器 ☆ 将一定长度与序列的寡核苷酸“探针”共价键合在高分子，膜材，电极，胶粒和光纤上，可为亲和生物传感器的开发创造条件。它们能检测与基因疾患或治病生物体对应的独有的互补DNA链。 ☆ 人们进一步将寡核苷酸衍生物附着于刺激响应高分子，开发了有多维传感行为的“灵巧”诊断装置。 DNA电化学生物传感器 利用DNA分子间的特异性互补配对规律发展起来的各种DNA生物传感技术，引起了国内外生物分析工作者的广泛关注。 DNA电化学生物传感器提供了一种全新的DNA(基因)检测技术，具有简单、可靠、价廉、灵敏和选择性好等优点。 与传统的同位素标记基因检测技术方法相比， DNA电化学生物传感器快速、准确、操作简便、无污染，并且与其他DNA生物传感器一样，不仅具有分子识别功能，而且还有无可比拟的分离纯化基因的功能。 DNA基纳米材料 纳米材料 当物质的结构单元进入纳米量级(1～100 nm)时，其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而展现出许多特有的性质，在催化、光吸收、生物医药、磁介质及新材料等方面得到了广泛的应用。纳米颗粒的比表面积大、表面反应活性高、催化效率高、吸附能力强等这些优异性质，为生物医学研究提供了新的研究途径。 纳米材料的微观结构 DNA DNA具有特殊的物理，化学，生物和催化性能，其聚寡物和聚合物很适宜制备纳米材料。 天然DNA功能主要在于信息存储介质。一微小单链DNA的信息容量就相当的大。 基于生物化学反应的单DNA链多重复制，可允许大量平行计算操作。它较现在最先进的计算机容量大的多，其实现有赖于DNA和材料系统的成功结合 DNA双链图----左边和右边分别是单链 第4节 仿生机械 仿生机械（bio-simulation machinery） 模仿生物的形态、结构和控制原理设计制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械称为仿生机械。 仿生机械学 仿生机械学是以力学或机械学作为基础的，综合生物学、医学及工程学的一门边缘学科。 它既把工程技术应用于医学、生物学，又把医学