生物医学传感器课件-第11章 生物传感器.pdf

第11章生物传感器

一、生物传感器的基本概念

生物传感器通常是指由一种生物敏感部件

和转化器紧密结合，对特定种类生物活性

物质具有选择性和可逆响应的分析装置。

□它是发展生物技术必不可少的一种先进的

检测与监控方法，也是对物质在分子水平

上进行快速和微量分析的方法O

(-)生物传感器工作原理

待测物质经扩散作用进入固定生物膜敏

感层，经分子识别而发生生物学作用，产生

的信息如光、热、音等被相应的信号转换器

变为可定量和处理的电信号，再经二次仪表

放大并输出，以电极测定其电流值或电压值,

从而换算出被测物质的量或浓度O

1生物传感器的模型

A是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种

学科互相渗透成长起来的高新技术o

A应用领域：环境监测、食品分析、生物医学、发酵工

业等

2生物传感器的组成

敏感元件:Enzyme

酶、抗体、核酸、细

胞等。

酶(Enzyme)

转换器：

电化学电极、光学检

测元件、场效应晶体

管、压电石英晶体、

表面等离子共振。

抗体Antibody

3转化器转化为电信号的方式

(1)将化学变化转变成电信号

酶传感器为例，酶催化特定底物发生反应,

从而使特定生成物的量有所增减，用能把这类

物质的量的改变转换为电信号的装置和固定化

酶耦合，即组成酶传感器，常用转换装置有氧

电极、过氧化氢。

(2)将热变化转换成电信号

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

燃变化量在25-1OOkJ/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。

(3)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。

上述三原理的生物传感器共同点:

都是将分子识别元件中的生物敏感物

质与待测物发生化学反应，将反应后所

产生的化学或物理变化再通过信号转换

器转变为电信号进行测量，这种方式统

称为间接测量方式。

(4)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O

（二）生物传感器发展历程

□开端于20世纪60年代o

□1962年克拉克等人报道了用葡萄糖氧化酶

与氧电极组合检测葡萄糖的结果，可认为是

最早提出了生物传感器（酶传感器）的原理。

□1967年Updike等人实现了酶的固定化技术,

研制成功酶电极，这被认为是世界上第一个

生物传感器O

□20世纪70年代中期后，生物传感器技术的成功主要集中

■■■■

百

物电信息的转换以及生物传感器等研究，并获得了较快

的进展，如Divies首先提出用固定化细胞与氧电极配合,

组成对醇类进行检测所谓“微生物电极”。

□1977年，铃木周一等发表了关于对生化需氧量(BOD)进

行快速测定的微生物传感器的报告，并在微生物传感器

对发酵过程的控制等方面，作了详细报导，正式提出了

对生物传感器的命名。

（三）生物传感器分类

1根据输出信号产生的方式

生物亲和