第六章2：传感器件_93801499..pptVIP

信号转换器:是生物传感器的重要组成部分。其功能是将生物化学信号转换成电子型号，光学型号或其他可以数字化的物理型号。转换器的信号可以用电子方式放大，存储和显示。信号转换技术主要包括：电化学技术，光谱技术，量热技术，压电技术等。因此， 生物传感器件的种类包括安培型生物传感器；电位型生物传感器；电导型生物传感器；光学生物传感器，量热式生物传感器；压电式生物传感器等。 导电高分子生物传感器件：制备这类生物传感器件的最关键步骤是将生物分子固定到导电高分子修饰电极的上。 导电高分子修饰电极的制备方法是通过在电化学惰性电极的表面镀上导电高分子膜。固定生物小分子的方法主要包括物理吸附，化学键合和电化学固定。 物理吸附：在聚合物与生物分子溶液的界面发生静电吸附作用。导电高分子主链在氧化态时带有正电荷，而当生物酶在溶液的PH值高于其等电点时带有负电荷，因此在这一条件下生物酶可以吸附到导电高分子基底上。这一方法有其缺陷性。主要包括：酶只能单分子层吸附到聚合物表面，从而吸附量较低；物理吸附的生物材料作用力叫弱，在检测的过程中易于电解质溶液中，从而检测传感器的稳定性不好；另外，物理吸附依赖于体系的PH值，从而也影响到传感器件的稳定性。 为了提高物理吸附的效率可以用微米/纳米结构化的导电高分子膜作为基底以增加聚合物电极的比表面积。例如：利用多孔氧化铝膜作为模板电化学制备聚吡咯微管阵列膜，然后将酶溶液罐装到管中，最后用环氧树脂封住微米管的开口，就可以将酶稳定地固定到微管中形成大量的微型催化反应容器。这样既提高了酶的附载量也防止了其在溶液中的洗脱。 化学键合：为了提高传感器的稳定性可以将生物分子用化学键固定在导电高分子基底上。这一技术设计两个化学步骤，一是合成带有反应活性基团的导电高分子，二是将酶分子反应键合到导电高分子上。 因为酶只被固定在聚合物膜的最外层，因此，可以对每一个反应步骤进行优化。 例如：在石墨电极表面电化学聚合聚（羧基三噻吩）然后用酯化反应将葡萄糖氧化酶键合到聚合物膜上，所制备的传感器件具有良好的稳定性。且在1-100??M葡萄塘浓度范围内有线性响应，其检测极限达到0.3??M。将葡萄糖氧化酶与N-(羧乙基)吡咯进行酯化键合得到带有酶的吡咯分子。然后将该吡咯分子进行电化学聚合沉积到电极的表面得到稳定的葡萄糖检测电极。 电化学固定：电化学固定是在含有生物分子的电解液中电解沉积导电聚合物。在聚合物生长的过程中生物分子被同时包埋其中。这一方法直接而实用，可以增加酶的负载量，也可以减缓其脱附。例如：含有葡萄糖氧化酶的电解液中电解聚合N-取代的吡咯衍生物可以生成含有酶的聚合物膜。然后将该膜用水溶性卡巴酰亚胺处理可以将葡萄糖氧化酶与聚合物进行键合，从而能改善检测响应的稳定性。 利用导电高分子生物活性电极被用于检测一系列小分子。固定不同的生物酶和生物分子可以检测不同的对象。例如：用胆碱脂酶可以检测农药，维生素氧化酶检测维生素，尿素酶检测尿素，乳酸氧化酶检测乳酸，胆固醇氧化酶检测胆固醇，酪氨酸酶检测酚，等等。 不同的导电高分子与不同的生物分子组合以及不同的电极制备方法从而可以制得种类繁多的传感器。 小分子 共轭聚合物 有机共轭材料 芘 苝酰亚胺 聚吡咯 聚芘 Leucoemeraldine emeraldine base emeraldine salt pernigraniline 聚苯胺 C. Nylander, M. Armgrath and I. Lundstrom, Proceedings of the International Meeting on Chemical Sensors, Fukuoka, Japan, 1983. 利用颜色变化检测气体 A. L. Kukla, Y. M. Shirshov and S. A. Piletsky, Sens. Actuators B, 1996, 37, 135-140. 检测氨气 聚吡咯 B. Dong, M. Krutschke, X. Zhang, et al., Small, 2005, 1, 520-524. B. Vercelli, S. Zecchin, N. Comisso, et al., Chem. Mater., 2002, 14, 4768-4774. 检测氯仿 Y. Che, A. Datar, K. Balakrishnan, et al., J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 7234-7235. Y. Che, X. Yang, S. Loser, et al., Nano Lett., 2008, 8, 2219-2223. 淬灭剂 J. S. Yang and T. M. Swager, J. Am. Chem. Soc., 19