1、在食品微生物檢驗中的應(yīng)用,生 物 傳 感 器,計算機,大腦,傳感器,感覺器官,一、 生物傳感器概述,能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)換元件組成。,傳感器：,生物傳感器的概念,敏感元件：,指傳感器中能直接感受或相應(yīng)被測量的部分。,轉(zhuǎn)換元件：,指將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適應(yīng)于傳輸或測量的電信號部分。,由生物識別元件和信號轉(zhuǎn)換器組成，能夠選擇性地對樣品中的待測物發(fā)出響應(yīng)，通過生物識別系統(tǒng)和電化學(xué)或其他傳感器把待測物質(zhì)的濃度轉(zhuǎn)為電信號，根據(jù)電信號大小定量測出待測物質(zhì)的濃度。 生物傳感器是應(yīng)用生物活性材料（如酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、

2、抗原、生物膜等）與物理或化學(xué)換能器有機結(jié)合的一門交叉學(xué)科，是物質(zhì)在分子水平的快速、微量分析方法。有共同的結(jié)構(gòu)：一種或數(shù)種相關(guān)生物活性材料及能把生物活性表達的信號轉(zhuǎn)換為電信號的物理或化學(xué)換能器。,生物傳感器（Biosensor）：,二、生物傳感器的發(fā)展史,1962年，Clark利用酶法和離子選擇電極（ISE）技術(shù)，構(gòu)成了“酶電極”的雛形； 1967年，Updike將葡萄糖氧化酶固化在Clark氧電極表面，這種酶電極能反復(fù)用于血糖測定；,第一代生物傳感器：60年代初70年代中,第二代生物傳感器：70年代后期80年代初,相繼出現(xiàn)微生物傳感器、組織傳感器、細胞傳感器和受體傳感器；,根據(jù)生物學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生

3、的各種信息（如光電效應(yīng)、場效應(yīng)、熱效應(yīng)、質(zhì)量變化和光效應(yīng)等）來設(shè)計各種更精密、靈敏的檢測裝置。,第三代生物傳感器：80年代中期90年代,三、生物傳感器的特點,經(jīng)濟、簡便：一般不需要進行樣品預(yù)處理，測定時一般不需要另外添加其他試劑； 專一性強； 體積小便于攜帶，可實驗連續(xù)在線檢測和現(xiàn)場檢測； 操作系統(tǒng)比較簡單，容易實現(xiàn)自動分析，準確度高； 樣品用量小，響應(yīng)快，可反復(fù)使用； 得到的信息量大，可用于指導(dǎo)生產(chǎn)。,優(yōu)點：,敏感膜上生物分子的固定量以及固定分子的活性很難控制，導(dǎo)致傳感器使用的一致性、可靠性差，測量精密度低； 生物分子的活性保持受許多因素影響，導(dǎo)致傳感器使用壽命不長； 生物敏感膜的制備工藝復(fù)

4、雜，成品率不高，難以批量生產(chǎn)； 測定環(huán)境要求嚴格。,缺點：,四、生物傳感器的分類：,1、按工作原理分：,2、按所用的生物活性物質(zhì)分： 酶傳感器 微生物傳感器 組織傳感器 細胞器傳感器 免疫傳感器 核酸生物傳感器等,3、按信號轉(zhuǎn)換器類型：,根據(jù)生物傳感器信號轉(zhuǎn)換的途徑，分為： （一）生物或化學(xué)轉(zhuǎn)變成電信號 （二）熱變化轉(zhuǎn)變成電信號 （三）光效應(yīng)轉(zhuǎn)變成電信號 （四）直接產(chǎn)生電信號 （五）質(zhì)量信號轉(zhuǎn)換成頻率信號,五、生物傳感器的工作原理,一、酶生物傳感器,六、 生物傳感器在食品分析中的應(yīng)用,固定化酶可與各種轉(zhuǎn)換器組合成酶傳感器，用來檢測對應(yīng)的底物。我們把固定化酶與電化學(xué)電極組合而成的電化學(xué)酶傳感器又

5、稱為酶電極，是利用吸附、共價、交聯(lián)、包埋等方法將酶固定化，然后與電化學(xué)檢測器件復(fù)合而成。,酶傳感器在食品領(lǐng)域的應(yīng)用：,（一）酶傳感器在食品營養(yǎng)成分分析過程中的應(yīng)用 葡萄糖O2- 葡萄糖酸內(nèi)酯H2O2 （二）生物傳感器在食品安全監(jiān)督方面的應(yīng)用 摻假鑒定 農(nóng)藥及其殘留、重金屬、硝酸鹽等有害物質(zhì)檢測,GOD,抗原是一種進入機體后能刺激機體產(chǎn)生免疫反應(yīng)的物質(zhì)。當(dāng)抗原進入機體后刺激B細胞產(chǎn)生抗體?？乖涂贵w可以特異性地結(jié)合。 免疫傳感器是利用生物體內(nèi)抗原與抗體專一性結(jié)合并導(dǎo)致電化學(xué)變化而設(shè)計的，分為:,二、免疫傳感器,幾種新型免疫傳感器及其在食品分析中的應(yīng)用： （一）酶免疫傳感器 （二）光尋址電位傳感器

6、 （三）受體免疫傳感器 （四）光學(xué)免疫傳感器 （五）壓電免疫傳感器 （六）免疫芯片 生物芯片指包被在固相載體上的高密度DNA、抗原、細胞、組織的微點陣，主要包括芯片實驗室、基因芯片、蛋白質(zhì)芯片等。如果在固相載體上包被抗原、抗體的微點陣，就構(gòu)成免疫芯片。,微生物傳感器是由載體結(jié)合的微生物細胞和電化學(xué)器件組成，目前已開發(fā)了兩種傳感器，一種是以微生物呼吸活性為指標的呼吸型傳感器，一種是以微生物的代謝產(chǎn)物為指標的電極活性物質(zhì)測定型傳感器。,三、微生物傳感器,在各種生物傳感器中，微生物傳感器最適合發(fā)酵工業(yè)的測定。 微生物傳感器可以對食品中的成分和毒物進行檢測： 原材料及代謝產(chǎn)物的測定 微生物細胞總數(shù)的測

7、定 代謝實驗的鑒定 食品中毒素的檢測,組織傳感器的基本原理與酶傳感器相同，是把動植物組織薄片的生物催化層與基礎(chǔ)電極相結(jié)合，可看成是酶傳感器的衍生形式。 優(yōu)點：原料易得、成本低廉、靈敏度高、穩(wěn)定性強、制作簡單、使用方便。,四、組織傳感器,DNA生物傳感器是一種能將目的DNA得存在轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓹z測得電、光、聲、波等信號的傳感裝置。其原理是在電極上固定一條有十幾到上千個核苷酸的單鏈DNA（ssDNA），通過DNA分子雜交，對另一條含有互補堿基序列的DNA進行識別，結(jié)合成雙鏈DNA（dsDNA）。 （一）DNA修飾電極制作傳感器 （二）光學(xué)DNA生物傳感器 光纖DNA生物傳感器 光漸消逝波DNA傳感器 表面等離子體共振DNA生物傳感器 （三）壓電晶體DNA傳感器,五、DNA雜交傳感器,由細胞器組成的傳感器可用來測定用單一酶組成的傳感器所不能測定的物質(zhì)。,六、細胞器傳感器,仿生型生物傳感器,七、仿生型生物傳感器,人工酶仿生生物傳感器,脂質(zhì)膜開關(guān)傳感器,分子印跡技術(shù)（molecular imprinting technique, MIT）是指制備對某一特定的目標分子（模板分子、印跡分子或烙印分子）具有特異選擇性的聚合物的過程。 設(shè)計分子印記傳感器的一個重要方面是找到適當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q聚合物與轉(zhuǎn)換器間的界面問題。 MIP傳感器在食品分析、醫(yī)藥和藥理研究及戰(zhàn)地和城市環(huán)