電化學(xué)生物傳感器第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一Contents概述1電化學(xué)生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換器2電化學(xué)生物傳感器的分類

3生物傳感器的展望4第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一一.概述定義：由生物材料作為敏感元件，電極作為轉(zhuǎn)換元件，以電勢或電流為特征檢測信號的傳感器。種類：第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一原理：在利用生物傳感器進行物質(zhì)檢測時,待測物質(zhì)經(jīng)擴散作用進入生物活性材料,經(jīng)分子識別,發(fā)生生物學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生的信息繼而被相應(yīng)的物理或化學(xué)換能器轉(zhuǎn)變成可定量和可處理的聲、光、電等信號,再經(jīng)2次儀表放大并輸出,便可知道待測物濃度。第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一二.電化學(xué)生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換器

電位型電極離子選擇電極氧化還原電極電化學(xué)參比電極.電極電流型電極氧電極第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一1、電位型電極離子選擇電極離子選擇電極是一類對特定的陽離子或陰離子呈選擇性響應(yīng)的電極，具有快速、靈敏、可靠、價廉等優(yōu)點。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域常直接用它測定體液中的一些成分（例如H+，K+，Na+，Ca2+等）。氧化還原電極

氧化還原電極是不同于離子選擇電極的另一類電位型電極。這里指的主要是零類電極第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一2、電流型電極電化學(xué)生物傳感器中采用電流型電極為信號轉(zhuǎn)換器的趨勢日益增加，這是因為這類電極和電位型電極相比有以下優(yōu)點：①電極的輸出直接和被測物濃度呈線性關(guān)系，不像電位型電極那樣和被測物濃度的對數(shù)呈線性關(guān)系。②電極輸出值的讀數(shù)誤差所對應(yīng)的待測物濃度的相對誤差比電位型電極的小。③電極的靈敏度比電位型電極的高。第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一氧電極有不少酶特別是各種氧化酶和加氧酶在催化底物反應(yīng)時要用溶解氧為輔助試劑，反應(yīng)中所消耗的氧量就用氧電極來測定。此外，在微生物電極、免疫電極等生物傳感器中也常用氧電極作為信號轉(zhuǎn)換器，因此氧電極在生物傳感器中用得很廣。目前用得最多的氧電極是電解式的Clark氧電極，Clark氧電極是由鉑陰極、Ag/AgCl陽極、KCl電解質(zhì)和透氣膜所構(gòu)成。第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一三、電化學(xué)生物傳感器的分類

酶傳感器

（根據(jù)敏感物質(zhì)分類）

……免疫傳感器組織傳感器細胞傳感器DNA傳感器第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一（一）酶傳感器酶電極電化學(xué)電極頂端緊貼一層酶膜第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一酶的固定化技術(shù)惰性載體-物理吸附法Text惰性載體-物理吸附法離子載體-交換法物理包埋法酶分子通過極性鍵、氫鍵、疏水力或π電子相互作用等吸附于不溶性載體上。

選用具有離子交換劑的載體，在適宜的pH下，使酶分子與離子交換劑通過離子鍵結(jié)合起來，形成固定化酶。將酶分子包埋在凝膠的細微格子里制成固定化。常用的凝膠有：聚丙烯酸胺、淀粉、明膠、聚乙烯醇、海藻酸鈣、硅樹脂第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一酶傳感器應(yīng)用葡萄糖傳感器大腸桿菌改良型葡萄糖傳感器MWCNTs-HRP葡萄糖傳感器檢測血清中葡萄糖濃度第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一生物醫(yī)學(xué)上電化學(xué)酶傳感器可用于監(jiān)測環(huán)境中有機污染物、無機污染物和重金屬等。●食品工業(yè)生產(chǎn)的在線監(jiān)測●食品成分分析●食品添加劑分析●食品鮮度檢驗●食品滋味、氣味及成熟度的監(jiān)測●基礎(chǔ)研究●臨床應(yīng)用●生物醫(yī)藥環(huán)境監(jiān)測中

食品分析中

第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一（二）免疫傳感器

基本原理：采用抗原與抗體的特異反應(yīng)將待測物與酶連接，然后通過酶與底物產(chǎn)生顏色反應(yīng)，用于定量測定。必要的試劑酶作用的底物（顯色劑）固相的抗原或抗體（免疫吸附劑）酶標記的抗原或抗體（標記物）第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一酶聯(lián)免疫吸附測定法（ELISA）

測量時，抗原（抗體）先結(jié)合在固相載體上，但仍保留其免疫活性，然后加一種抗體（抗原）與酶結(jié)合成的偶聯(lián)物（標記物），此偶聯(lián)物仍保留其原免疫活性與酶活性，當偶聯(lián)物與固相載體上的抗原（抗體）反應(yīng)結(jié)合后，再加上酶的相應(yīng)底物，即起催化水解或氧化還原反應(yīng)而呈顏色。其所生成的顏色深淺與欲測的抗原（抗體）含量成正比。第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一方法此法適用于檢驗各種蛋白質(zhì)等大分子抗原間接法檢測抗體最常用的方法，其原理為利用酶標記的抗體檢測已與固相結(jié)合的受檢抗體競爭法用于抗原和半抗原的定量測定，也可用于測定抗體雙抗體夾心法第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一臨床應(yīng)用酶電極在40nL的微池中檢測D-Dimer濃度應(yīng)用于臨床試驗。檢測到D-Dimer濃度范圍為0.1-100nM，撫育時間從幾小時減少到5分鐘。利用抗原抗體反應(yīng)前后電位的變化檢測B型肝炎抗原。檢測濃度范圍為4-800ng/ml，檢測限達1.3ng/ml。此方法比常規(guī)檢測更加直接，快速，簡單。第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一（三）細胞傳感器

定義：以動植物細胞作為生物敏感膜的電化學(xué)傳感器，此系酶電極的衍生型電極。動植物細胞中的酶是反應(yīng)的催化劑。

優(yōu)點：與酶電極相比1酶活性較離析酶高2酶的穩(wěn)定性增大3材料易于獲得第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一應(yīng)用細胞傳感器可用于診斷早期癌癥，用人類臍靜脈內(nèi)皮細胞通過三乙酸纖維素膜固定在離子選擇性電極上作為傳感器，腫瘤細胞中VEGF刺激細胞使電極電位發(fā)生變化從而測得VEGF濃度來診斷癌癥。第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期一四.生物傳感器的展望目前生物傳感器主要還處在實驗室研究階段，仍需要較長的一段時間才能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。比如，大多數(shù)電化學(xué)酶傳感器只是對單一組分中的污染物具有響應(yīng)，而傳感器應(yīng)用于監(jiān)測實際樣品中污染物仍有許多亟待解決的實際問題。

生物傳感器是一項嶄新的技術(shù)手段，它在發(fā)展中難免會遇到各種問