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酶生物传感器的应用进展 摘要：酶生物传感器是将酶作为生物敏感基元,通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应所产生的与目标物浓度成比例关系的可测信号,实现对目标物定量测定的分析仪器。与传统分析方法相比,酶生物传感器具有独特的优点:选择性高、 反复多次使用、响应快、体积小、可实现在线监测、成本低，便于推广普及。本文主要论述生物酶传感器的特征、发展及酶传感器中应用的新技术。 关键词：酶生物传感器;进展;应用新技术 1概述 生物传感器(Biosensor)是一类特殊的化学传感器,通过各种物理、化学型信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应,然后将反应的程度用离散或连续的信号表达出来,从而得出被测物的浓度[1]。自1962年Clark[2]等人提出把酶与电极结合来测定酶底物的设想后，1967年Updike和Hicks[3]研制出世界上第一支葡萄糖氧化酶电极[2]，用于定量检测血清中葡萄糖含量.此后，酶生物传感器引起了各领域科学家的高度重视和广泛研究，得到了迅速发展. 酶生物传感器是将酶作为生物敏感基元，通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应所产生的与目标物浓度成比例关系的可测信号，实现对目标物定量测定的分析仪器.与传统分析方法相比，酶生物传感辑是由固定化的生物敏感膜和与之密切结合的换能系统组成，它把固化酶和电化学传感器结合在一起，因而具有独特的优点：(1)它既有不溶性酶体系的优点，又具有电化学电极的高灵敏度;(2)由于酶的专属反应性，使其具有高的选择性，能够直接在复杂试样中进行测定.因此，酶生物传感器在生物传感器领域中占有非常重要的地位. 生物传感器具有多样性、无试剂分析、操作简便、灵敏、快速、价廉、可重复连续使用等特点,已在食品发酵工业、临床医学、环境监测、军事科学等领域展现出十分广阔的应用前景[4-9]。 2酶生物传感器的基本结构 酶生物传感器的基本结构单元是由物质识别元件(固定化酶膜)和信号转换器(基体电极)组成.当酶膜上发生酶促反应时，产生的电活性物质由基体电极对其响应.基体电极的作用是使化学信号转变为电信号，从而加以检测，基体电极可采用碳质电极(石噩电板、玻碳电极、碳棚电极)、R电极及相应的修饰电极. 3酶生物传感器的分类 生物传感器按换能方式可分为电化学生物传感器和光化学生物传感器2种。 3.1电化学酶传感器 基于电子媒介体的葡萄糖传感器,具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、寿命长、抗干扰性能好等优点,尤为受到重视。二茂铁由于有不溶于水、氧化还原可逆性好、电子传递速率高等优点,得到了广泛的研究和应用。 目前研究的重点是防止二茂铁等电子媒介体的流失,从而提高生物传感器的稳定性和寿命。提高传感器稳定性的主要方法是利用环糊精作为载体,形成主客体结构。如孙康等[10]以β-环糊精与戊二醛缩合而成的聚合物(β-CDP)为主体,电子媒介体二茂铁为客体,形成稳定的包络物,制成了葡萄糖、乳糖生物传感器。再如朱邦尚等[10]以电子媒介体1,1-二甲基二茂铁为客体与β-CDP形成稳定的主客体包络物。 利用二茂铁也可以制成组织传感器。如马全红等[12]以二茂铁为电子媒介体,将含有丰富酪氨酸酶的蘑菇组织肉浆固定在二茂铁(PVC膜)修饰石墨电极上制成酶电极。其对L-酪氨酸的线性响应范围为2.0×10-4～4.5×10-3mol/L,响应时间小于5 min,电极寿命至少30 d,可用于实际样品分析。 提高传感器稳定性的另一种方法是在电极表面覆盖一层Nafion膜。如贾能勤等[13]以基于丝网印刷技术制作的碳糊电极为基底电极,用二茂铁为电子媒介体,Nafion修饰厚膜碳糊电极制成了葡萄糖传感器。Nafion膜既可以防止二茂铁的流失,又可以防止抗坏血酸、尿酸的干扰,具有防污能力。该传感器的检测上限可达18 mmol/L,响应时间小于60s。 二茂铁及其衍生物对抗坏血酸具有催化作用,易受抗坏血酸的干扰。而N-甲基吩嗪则可以消除抗坏血酸等的干扰。李海虹等[14]通过交联方式将辣根过氧化物酶(HRP)固定在Eastman-AQ—N-甲基吩嗪修饰电极上,制成过氧化氢生物传感器。将它与GOD和半乳糖苷酶结合,制成双酶和三酶体系的生物传感器,用于葡萄糖和乳糖的测定。王朝瑾[15]利用N-甲基吩嗪作为媒介体,通过牛血清白蛋白和戊二醛使其结合到玻碳电极上制成了HRP生物传感器。该酶电极对H2O2有良好的响应,对H2O2的线性范围为1×10-6～5×10-4mol/L,检出限为10-7mol/L,响应时间小于10 s。 锇配合物也是一种有效的电子媒介体。龚毅等[16]研究了锇-聚乙烯吲哚[Os(bpy)2(PVI)10Cl]Cl配位聚合物和Nafion双层膜修饰玻碳电极的电化学特性,该膜对肾上腺素的电化学氧化有催化作用,对肾