生物医学传感与检测原理 课件 ch08生物标志物的传感检测新技术.pptx

生物标志物的 传感检测新技术 教育部生物医学工程类专业教学指导委员会“十三五”规划教材 生物医学传感与检测原理 第八章 01 免疫传感器 作为免疫系统的一部分，抗体是由淋巴细胞的白细胞合成的糖蛋白，也称为免疫球蛋白。免疫球蛋白分为IgA、IgD、IgE、IgG和IgM。其中，血液中含量最丰富的是IgG。IgG的基本结构是一个“Y”字形的四肽链结构，包括两条相同的低分子量的轻链和两条相同的高分子量的重链。 抗原与抗体及其固定 间接竞争法 间接竞争法是将抗原与蛋白质的结合物固定在载体表面，待测溶液中的抗原与固定的抗原竞争性地结合游离的过量抗体，经过清洗后，加入标记二抗与结合在载体表面的抗体结合，建立结合的标记二抗信号与待测物抗原的浓度之间的关系来实现对待测物的检测。 直接竞争法 直接竞争法的检测原理主要有两种。一种是将抗原固定在载体表面，待测溶液中的抗原与固定的抗原竞争性地结合标记的抗体，经过清洗后，检测结合的标记抗体信号的变化来实现对待测物的检测。 抗原与抗体及其固定 夹心法 夹心法是将抗体固定在载体上，加入含抗原待测物与抗体反应，经过清洗后，形成的免疫复合物再与过量的标记二抗反应，二抗只与相应的抗原发生特异性结合，形成“一抗抗原二抗”的夹心结构，检测标记物产生的信号来实现对待测物的检测。 直接结合法 直接结合法免疫分析法是将抗体或抗原固定在载体表面，待测的抗原或抗体被捕获后引起响应信号的变化，从而实现对待测物的检测。 抗原与抗体及其固定 SPR免疫传感器 SPR传感器在金属-液体界面靠液体一侧的典型探测深度约为 200 nm， 这一特点使SPR成为一种表面敏感的检测技术，是检测表面固定的生物分子与液相中待测物分子相互作用的理想方法。 光纤与光波导免疫传感器 尽管光纤生物传感器可基于不同的检测原理，它们基本还是采用激光作为光源。大多数利用激光作为光源的大型传感检测设备都可以利用光纤进行小型化，如荧光和光吸收检测。 光学免疫传感器 压电晶体免疫传感器 压电传感器的基本原理是某些电解质材料受力后可产生压电效应及基于压电效应的质量频率关系，压电晶体免疫传感器是利用压电晶体对质量变化的敏感性及抗原抗体结合的特异性而建立的一种新型生物传感检测系统，又称为石英晶体微天平（QCM），可用于多种抗原或抗体的快速、定量检测及反应动力学研究。 02 生物芯片与生物分子检测 基因传感器 基因传感器（又称DNA传感器），是利用DNA双链的碱基互补配对原则发展起来的生物传感技术，它以DNA分子作为敏感元件，通过固定在感受器表面上的已知核苷酸序列的单链DNA分子（也称ssDNA探针），使其与另一条互补的ssDNA分子（也称目标DNA）杂交，形成双链DNA（dsDNA）；换能器在杂交过程中将杂交产物所产生的变化转换成电、光、声等物理信号，在检测、解析这些信号过程中得出相关基因信息。 生物分子传感技术 分子印迹生物传感器 分子印迹生物传感器是利用分子印迹技术制备而成的生物敏感膜传感器。分子印迹（MIP）是利用对特定化合物的预订选择性制备合成的识别位点，此处的敏感膜是一种高分子聚合物。 纳米生物传感器 纳米尺度（1~100nm）是原子、分子为代表的微观世界和宏观物体交界的过渡区域，在该尺度下系统既非典型的微观结构亦非典型的宏观结构，因此物质会表现出独特的化学性质和物理性质，如小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等。 生物分子传感技术 生物芯片传感技术 最初的生物芯片的主要目标是进行特定DNA含量的定量检测分析，目前已经拓展到了蛋白、细胞、组织等领域，统称为生物芯片。 生物芯片 生物芯片 生物芯片 基因芯片（即DNA芯片）是将成百上千个DNA探针，借助微加工技术和微装配技术集成在一个数平方毫米或平方厘米的基底载片上形成寡聚核苷酸探针阵列。探针与靶基因核酸分子碱基互补配对，由不同荧光染料处理后的样品分子与点阵DNA分子杂交反应后形成不同颜色点阵，利用高通量成像采集分析数据，可一次获得数十万个基因的表达信息。 生物芯片 几乎所有的生物化学反应均发生在复杂的蛋白质分子之间或者有蛋白质参与，因此，在传统ELISA、放射免疫测定等蛋白检测方法的基础上，蛋白质芯片成为生物芯片的新成员。 03 仿生传感器 生物的嗅觉系统能识别和分辨大量不同的气味分子，在生物感知外界化学信号的过程中发挥了极其重要的作用。 嗅觉感受器是位于嗅黏膜上皮的嗅神经元，气体分子进入鼻腔后到达嗅黏膜上皮，上面分布了很多含有嗅觉受体蛋白的嗅神经元的纤毛。 味觉主要分为酸、甜、苦、咸和鲜五种基本味觉。食物的各种味道是由这五种基本味觉组合而成的。 嗅觉与味觉的生物学原理 必须满足以下几点要求： ①有一定的交互敏感能力，能同时对待测物中几种不同组分有一定的响应； ②有一定的选择性，对不同的组分具有不同的响应能力