生物传感器概述分析.pptVIP

传感器（sensor，transducer） ——感受被测量物，转换成输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 按检测对象划分 传感器 物理传感器 化学传感器 生物传感器 感受器为非生命物质 感受器为生命物质 生物传感器是以固定化的生物材料作为敏感元件，与适当的转换元件结合所构成的一类传感器。 酶具有识别特定分子的能力 1962年， L.C.Clark 酶与电极结合起来测定酶的底物 葡萄糖电极 1967年，Updike和Hicks 第一个酶电极 使用溶解性酶，难重复 固定化葡萄糖氧化酶（GOD）＋氧电极 配体 干扰 酶 辅酶 维生素 抗原 抗体 生物功能膜（酶、微生物、细胞器、组织、细胞、抗原、抗体） 待测物质 扩散作用 固定化生物敏感膜层 分子识别 生物学反应 电信号 换能器 识别元件 微生物传感器 细胞传感器 酶传感器 免疫传感器 组织传感器 换能器 光生物传感器 热生物传感器 生物电极传感器 半导体传感器 压电晶体传感器 　生物传感器的信号处理方法 由生物活性元件引起的变化 （生物学反应信息） 信号处理方法 （换能器的选择） 电极活性物质的生成或消耗 电流检测电极法 离子性物质的生成或消耗 电位检测电极法 膜或电极电荷状态的变化 膜电位法、电极电位法 质量变化 压电元件法 阻抗变化 电导率法 热变化（热效应） 热敏电阻法 光谱特性变化（光效应） 光纤和光电倍增管 1、酶促反应 2、免疫化学反应 3、微生物反应 4、生物学反应中的物理量变化 E + S → ES → E + P 抗体Ab 抗原Ag 微生物 呼吸或代谢 产生一些 电活性物质 消耗溶液中的溶解氧 检测 （1）热焓变化 根据热力学第二定律，一个能自发进行的反应，总伴随着自由能的降低。 △G＝△H－T·△S 酶促反应和微生物反应常常释放出可观的热量，根据焓变可定量测定底物的浓度。 （2）生物发光 生物发光是由于某些生物体内的一些特殊物质（如荧光素）的氧化而产生的现象。（细菌发光其强度取决于积累的还原型FMN的量。） （4）阻抗变化 （3）颜色反应 生物体内产生色素 酶与底物作用后产生有颜色物质 培养基中的电惰性物质 电活性产物 微生物代谢 培养液的导电性增大，阻抗降低 食品鲜度 鱼鲜度传感器 在日本、加拿大等国广泛用于鱼类鲜度的测定。鱼死后体内ATP经酶解依次形成ADP、AMP、IMP、肌苷、次黄嘌呤和尿酸。 肉鲜度传感器 肉类在腐败过程中会产生各种胺类，故胺类测定能反映肉类的新鲜程度。 用腐胺氧化酶与过氧化氢电极构成多胺生物传感器，或用单胺氧化酶膜和氧电极组成的酶传感器测定肉在贮藏过程中的鲜度。 水体检测 生化需氧量（BOD） 通过微生物吸收有机物时消耗氧而引起电极电流的变化来测定BOD。 大气检测 NH3 ，SO2 通过氧电极和硝化菌，氧电极和肝微粒体( 含亚硫酸盐氧化酶)来测定传感器周围氧气浓度变化。 微生物检测 通过免疫学方法，即获得相应的特异性抗原和抗体进行分析和检测。 微生物传感器可用于测量发酵工业中的原材料和代谢产物。 还用于微生物细胞数目的测定。 利用这种电化学微生物细胞数传感器可以实现菌体浓度连续、在线的测定。 临床医学 酶电极是最早研制且应用最多的一种传感器。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可制成微生物传感器。 胆固醇测定 用胆固醇氧化酶和辣根过氧化物制备酶修饰电极，催化胆固醇生成 H2O2，而生成的 H2O2在辣根过氧化物酶的作用下被氧化，释放出氧化电流 德国研发的环境废水BOD分析仪（市场上以德国和日本的仪器占主导）