电化学生物传感器

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1、电化学生物传感器 姓 名 ： 尉 洁 净 专 业 ： 分 析 化 学 学 号 ： 121102012 Contents 概述1 电化学生物传感器的信号转换器2 电化学生物传感器的分类3 生物传感器的展望4 一 .概 述l 定 义 ： 由 生 物 材 料 作 为 敏 感 元 件 ， 电 极作 为 转 换 元 件 ， 以 电 势 或 电 流 为 特 征 检测 信 号 的 传 感 器 。l 种 类 ： l 原 理 ： 在 利 用 生 物 传 感 器 进 行 物 质 检 测 时 , 待 测 物质 经 扩 散 作 用 进 入 生 物 活 性 材 料 , 经 分 子 识 别 , 发 生生 物 学 反 应

2、, 产 生 的 信 息 继 而 被 相 应 的 物 理 或 化 学 换能 器 转 变 成 可 定 量 和 可 处 理 的 声 、 光 、 电 等 信 号 , 再经 2次 仪 表 放 大 并 输 出 , 便 可 知 道 待 测 物 浓 度 。 二 .电 化 学 生 物 传 感 器 的 信 号 转 换 器电位型电极离 子 选 择 电极氧 化 还 原 电极 电 化 学 参 比 电 极 .电极 电流型电极氧 电 极 1、 电 位 型 电 极离 子 选 择 电 极 离 子 选 择 电 极 是 一 类 对 特 定 的 阳 离 子 或 阴 离 子呈 选 择 性 响 应 的 电 极 ， 具 有 快 速 、 灵

3、 敏 、 可 靠 、价 廉 等 优 点 。 在 生 物 医 学 领 域 常 直 接 用 它 测 定体 液 中 的 一 些 成 分 （ 例 如 H+， K+， Na+， Ca2+等 ） 。氧 化 还 原 电 极氧 化 还 原 电 极 是 不 同 于 离 子 选 择 电 极 的 另 一 类电 位 型 电 极 。 这 里 指 的 主 要 是 零 类 电 极 2、 电 流 型 电 极 电 化 学 生 物 传 感 器 中 采 用 电 流 型 电 极 为 信 号转 换 器 的 趋 势 日 益 增 加 ， 这 是 因 为 这 类 电 极 和 电位 型 电 极 相 比 有 以 下 优 点 ： 电 极 的 输

4、出 直 接 和 被 测 物 浓 度 呈 线 性 关 系 ，不 像 电 位 型 电 极 那 样 和 被 测 物 浓 度 的 对 数 呈 线 性关 系 。 电 极 输 出 值 的 读 数 误 差 所 对 应 的 待 测 物 浓 度的 相 对 误 差 比 电 位 型 电 极 的 小 。 电 极 的 灵 敏 度 比 电 位 型 电 极 的 高 。 氧 电 极 有 不 少 酶 特 别 是 各 种 氧 化 酶 和 加 氧 酶 在 催 化底 物 反 应 时 要 用 溶 解 氧 为 辅 助 试 剂 ， 反 应 中 所 消耗 的 氧 量 就 用 氧 电 极 来 测 定 。 此 外 ， 在 微 生 物 电极 、

5、免 疫 电 极 等 生 物 传 感 器 中 也 常 用 氧 电 极 作 为信 号 转 换 器 ， 因 此 氧 电 极 在 生 物 传 感 器 中 用 得 很广 。 目 前 用 得 最 多 的 氧 电 极 是 电 解 式 的 Clark氧电 极 ， Clark氧 电 极 是 由 铂 阴 极 、 Ag/AgCl阳 极 、KCl电 解 质 和 透 气 膜 所 构 成 。 三 、 电 化 学 生 物 传 感 器 的 分 类酶 传 感 器 （ 根 据 敏 感 物 质 分 类 ） 免 疫 传 感 器组 织 传 感 器 细 胞 传 感 器DNA传 感 器 （ 一 ） 酶 传 感 器l 酶 电 极 电 化 学

6、 电 极 顶 端 紧 贴 一 层 酶 膜 酶 的 固 定 化 技 术惰 性 载 体 -物 理 吸 附 法 Text离子载体-交换法 物理包埋法 酶 分 子 通 过 极 性键 、 氢 键 、 疏 水 力或 电 子 相 互 作 用等 吸 附 于 不 溶 性 载体 上 。 选 用 具 有 离 子 交换 剂 的 载 体 ， 在 适宜 的 pH下 ， 使 酶 分子 与 离 子 交 换 剂 通过 离 子 键 结 合 起 来 ，形 成 固 定 化 酶 。 将 酶 分 子 包 埋在 凝 胶 的 细 微 格子 里 制 成 固 定 化 。 常 用 的 凝 胶有 ： 聚 丙 烯 酸 胺 、淀 粉 、 明 胶 、 聚

7、乙 烯 醇 、 海 藻 酸 钙 、 硅 树 脂 酶 传 感 器 应 用葡萄糖传感器 大 肠 杆 菌 改 良 型 葡 萄 糖 传 感 器MWCNTs-HRP葡 萄 糖 传 感 器检 测 血 清 中 葡 萄 糖 浓 度 生 物 医 学 上 电 化 学 酶 传 感 器 可 用 于 监 测 环 境 中有 机 污 染 物 、 无 机污 染 物 和 重 金 属 等 。 食 品 工 业 生 产 的在 线 监 测 食 品 成 分 分 析 食 品 添 加 剂 分 析 食 品 鲜 度 检 验 食 品 滋 味 、 气 味及 成 熟 度 的 监 测 基 础 研 究 临 床 应 用 生 物 医 药环 境 监 测 中 食

8、 品 分 析 中 （ 二 ） 免 疫 传 感 器 基 本 原 理 ： 采 用 抗 原 与 抗 体 的 特 异 反 应 将 待 测 物 与 酶 连 接 ， 然 后 通过 酶 与 底 物 产 生 颜 色 反 应 ， 用 于 定 量 测 定 。必要的试剂酶 作 用 的 底 物（ 显 色 剂 ） 固 相 的 抗 原或 抗 体 （ 免 疫吸 附 剂 ） 酶 标 记 的 抗原 或 抗 体（ 标 记 物 ） 酶 联 免 疫 吸 附 测 定 法 （ ELISA） 测 量 时 ， 抗 原 （ 抗 体 ） 先 结 合 在 固 相 载 体 上 ， 但 仍 保 留 其 免 疫 活 性 ，然 后 加 一 种 抗 体 （

9、 抗 原 ） 与 酶 结 合 成 的 偶 联 物 （ 标 记 物 ） ， 此 偶 联 物 仍 保留 其 原 免 疫 活 性 与 酶 活 性 ， 当 偶 联 物 与 固 相 载 体 上 的 抗 原 （ 抗 体 ） 反 应 结合 后 ， 再 加 上 酶 的 相 应 底 物 ， 即 起 催 化 水 解 或 氧 化 还 原 反 应 而 呈 颜 色 。 其所 生 成 的 颜 色 深 浅 与 欲 测 的 抗 原 （ 抗 体 ） 含 量 成 正 比 。 方 法 此 法 适 用 于 检 验 各 种 蛋 白 质 等 大 分 子 抗原间 接 法 检 测 抗 体 最 常 用 的 方 法 ， 其 原 理 为 利 用酶

10、 标 记 的 抗 体 检 测 已 与 固 相 结 合 的 受 检抗 体用 于 抗 原 和 半 抗 原 的 定 量 测 定 ， 也 可 用 于 测 定 抗 体双 抗 体夹 心 法 临 床 应 用l 酶 电 极 在 40nL的 微 池 中 检 测 D-Dimer浓 度 应用 于 临 床 试 验 。 检 测 到 D-Dimer浓 度 范 围 为0.1 -100 nM ， 抚 育 时 间 从 几 小 时 减 少 到 5分 钟 。l 利 用 抗 原 抗 体 反 应 前 后 电 位 的 变 化 检 测 B型肝 炎 抗 原 。 检 测 浓 度 范 围 为 4-800 ng/ml，检 测 限 达 1.3 ng

11、/ml。 此 方 法 比 常 规 检 测 更加 直 接 ， 快 速 ， 简 单 。 （ 三 ） 细 胞 传 感 器 定 义 ： 以 动 植 物 细 胞 作 为 生 物 敏 感 膜的 电 化 学 传 感 器 ， 此 系 酶 电 极 的 衍 生 型 电极 。 动 植 物 细 胞 中 的 酶 是 反 应 的 催 化 剂 。 优 点 ： 与 酶 电 极 相 比1酶 活 性 较离 析 酶 高 2酶 的 稳 定性 增 大 3材 料 易 于获 得 应 用 细 胞 传 感 器 可 用 于 诊 断 早 期 癌 症 ， 用 人 类 脐静 脉 内 皮 细 胞 通 过 三 乙 酸 纤 维 素 膜 固 定 在 离 子

12、选择 性 电 极 上 作 为 传 感 器 ， 肿 瘤 细 胞 中 VEGF刺 激 细胞 使 电 极 电 位 发 生 变 化 从 而 测 得 VEGF浓 度 来 诊 断癌 症 。 四 .生 物 传 感 器 的 展 望 目 前 生 物 传 感 器 主 要 还 处 在 实 验 室 研 究 阶 段 ，仍 需 要 较 长 的 一 段 时 间 才 能 实 现 产 业 化 。 比 如 ，大 多 数 电 化 学 酶 传 感 器 只 是 对 单 一 组 分 中 的 污 染物 具 有 响 应 ， 而 传 感 器 应 用 于 监 测 实 际 样 品 中 污染 物 仍 有 许 多 亟 待 解 决 的 实 际 问 题 。 生 物 传 感 器 是 一 项 崭 新 的 技 术 手 段 ， 它 在 发展 中 难 免 会 遇 到 各 种 问 题 ， 但 是 它 的 应 用 前 景 和自 身 优 势 毋 庸 置 疑 。 可 以 预 见 ， 未 来 的 电 化 学 生物 传 感 器 将 实 现 功 能 多 样 化 、 微 型 化 、 智 能 化 、集 成 化 等 特 点 。 相 信 随 着 大 量 资 金 的 涌 入 和 多 学科 的 融 入 ， 这 些 问 题 都 将 迎 刃 而 解 。