生物医学传感生物传感器教程分析.ppt

1 一、生物传感器的概述 2.生物传感器的发展史 从整体划分: 目前国内外得到广泛应用的生物传感器主要包括： 1、测定水质的BOD分析仪、在市场上有以日本和德国为代表产品供应。 2、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，年销售量约为十亿美元； 3、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。 4、SPR生物传感器，在日、美、德、瑞典等国得到了开发和初步应用。 极大多数同类其它研究还都处在探索性阶段 手掌型葡萄糖(glucose)分析仪 SBA-50型单电极生物传感分析仪-乳酸分析仪 SBA-70型血糖乳酸自动分析仪 在我国发酵工厂普及应用的SBA-40型谷氨酸-葡萄糖双功能分析仪 二、生物传感器的基本组成和工作原理 转换器转化为电信号的方式： 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） （b）将热变化转换成电信号 固定化的生物材料与相应的被测物作用时常伴有热的变化。例如大多数酶反应的热焓变化量在25-100kJ/mol的范围.这类生物传感器的工作原理是把反应的热效应借热敏电阻转换为阻值的变化，后者通过有放大器的电桥输入到记录仪中。 （c）将光信号转变为电信号 例如，过氧化氢酶能催化过氧化氢/鲁米诺体系发光，如设法将过氧化氢酶膜附着在光纤或光敏二极管的前端，再和光电流测定装置相连，即可测定过氧化氢含量。还有很多细菌能与特定底物发生反应，产生荧光，也可以用这种方法测定底物浓度。 （d）直接产生电信号方式 这种方式可以使酶反应伴随的电子转移、微生物细胞的氧化直接(或通过电子递体的作用)在电极表面上发生。根据所得的电流量即可得底物浓度。 按换能器分类 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 3、 生物传感器特点 1） 根据生物反应的特异性和多样性，理论上可以制成测定所有生物物质的传感器，因而测定范围广泛。 2）一般不需进行样品的预处理，它利用本身具备的优异选择性把样品中被测组分的分离和检测统一为一体，测定时一般不需另加其他试剂，使测定过程简便迅速，容易实现自动分析。 3）体积小、响应快、样品用量少，可以实现连续在线检测。 4） 通常其敏感材料是固定化生物元件，可反复多次 使用。 5） 准确度高，一般相对误差可达到1%以内。 6） 可进行活体分析。 7）传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪，因而便于推广普及。 8） 有的微生物传感器能可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生，能得到许多复杂的物理化学传感器综合作用才能获得的信息。 1）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。 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。 3）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。 特点是：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。 4）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。 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。 5）交联法 　　 这种特性可以应用在玻璃上或是战机的雷达上,例如:经过纳米处理的玻璃本身也可以具有自洁效果。还有企业利用纳米技术处理涂料,涂上此涂料的物体因而也拥有了自洁效果。也许在未来的世界中,我们周围将不断出现不会脏的地板、墙壁,和没有灰尘的无线电用品。 飞檐走壁的壁虎 　 “壁虎漫步”靠的并不是吸盘,而是脚趾上数以万计的细小刚毛。刚毛根部有几十微米粗,顶端分成很多更细更弯的绒毛,每根绒毛的直径仅几百纳米,其末梢延展