化学和生物医学传感器

《化学和生物医学传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第七章化学和生物医学传感器主要内容7.1化学传感器7.2生物传感器传感器的组成7.3生物芯片7.4化学与生物医学传感器的应用——嗅觉传感器化学传感器化学传感器是对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。化学传感器必须具有对待测化学物质的形状或分子结构选择性俘获的接受器功能和将俘获的化学量有效的转换为电信号的转换器功能。化学传感器的结构与分类气体传感器湿度传感器化学传感器的结构与分类化学传感器的结构形式有两种：分离型传感器如离子传感器，液膜或固体膜具有接受器功能，膜完成电信号的转换功能，接受和转换部位是分离的，有利于对每种功能分别进行优

2、化；一体化传感器如半导体气体传感器，分子俘获功能与电流转换功能在同一部位进行，有利于化学传感器的微型化。气体传感器气体传感器是一种把气体中的特定成分检测出来，并将它转换成电信号的器件，以便提供有关待测气体的存在及其浓度大小的信息。按照所用的气敏材料和气敏特性的不同，气体传感器可分为半导体式固体电解质式电化学式接触燃烧式高分子式等几种类型。气体传感器1.半导体气体传感器图7-1二极管型气体传感器结构图7-2场效应晶体管型气体传感器结构气体传感器2.固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件。这类传感器可分为两种：不受被

3、测气体所限制本身具有气敏功能3.电化学气体传感器电化学气体传感器可分为原电池式、定电位电解式、电量式、离子电极式4种类型。4.接触燃烧式气体传感器接触燃烧式气体传感器可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式两种，其工作原理是：气敏材料如Pt电热丝等在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或者在催化剂作用下氧化燃烧，电热丝由于燃烧而生温，从而使其电阻值发生变化，测量电阻的变化从而测量气体的浓度。气体传感器5.高分子气体传感器通过测量高分子气敏材料的电阻来测量气体浓度的高分子电阻式气体传感器;根据气敏材料吸收气体时形成的浓差电池电动势就可测量气体浓度的浓差电池式气

4、体传感器;根据声波在吸收气体了的高分子气敏材料表面上的传播速度或频率的变化来测量气体浓度的声表面波（SAW）式气体传感器;根据涂敷在石英振子上高分子气敏材料吸收气体产生重量变化而引起的石英振子共振频率变化来测量气体浓度的石英振子式气体传感器等。湿度传感器大气中含水的多少，表明了大气的干湿程度，用湿度表示。在物理学和气象学中常用绝对湿度，相对湿度、露点温度等来表示湿度。绝对湿度指单位体积的空气中所含水气的质量，其定义式为相对湿度是待测空气的水气分压与相同温度下水的饱和水汽压的比值的百分数。这是一个无量纲的量，常表示为％RH（RelativeHumid

5、ity）:湿度传感器2.硅MOS型氧化铝湿度传感器图7-3硅MOS型氧化铝湿度传感器基本结构湿度传感器3.电阻型多孔SiO2湿度传感器图7‑4电阻型多孔SiO2湿度传感器基本结构湿度传感器4.电容型多孔硅湿敏传感器图7‑5电容型多孔硅湿敏传感器基本结构湿度传感器5.聚酰亚胺湿敏传感器图7‑6聚酰亚胺湿敏传感器基本结构湿度传感器6.多晶硅湿度传感器图7‑7多晶硅湿敏传感器的基本结构湿度传感器7.带槽的铝电极湿度传感器图7‑8带槽的Al电极湿度传感器的基本结构生物传感器的工作原理生物传感器是利用固定化的生物体本身作为敏感元件的传感器。生物传感器的基本结

6、构如图7‑9所示，它由生物敏感元件和信号换能器件构成。图7‑9生物传感器的基本结构生物传感器的分类根据生物活性物质的类别生物传感器可以分为酶传感器、免疫传感器、细胞及细胞器传感器、组织传感器和微生物传感器等；根据生物传感器的信号转换器分类生物传感器可分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、热学型生物传感器、光学型生物传感器、声学型生物传感器等；根据传感器输出信号的产生方式生物传感器可分为生物亲和型生物传感器、代谢型生物传感器和催化型生物传感器；根据检测对象的多少生物传感器可分为以单一化学物质为测量对象的单功能型和同时检测微量多种化学物质的多功能型生

7、物传感器。生物传感器的特点生物传感器的特点为：（1）根据生物反应的特异性和多样性，生物传感器的测定范围广泛。（2）生物传感器是一种无试剂快速检测仪器，不仅不需要其他试剂，也不需样品的预处理。（3）生物传感器体积小、检测方法简便、准确、敏感和快速，可以实现连续在位检测及反复使用。（4）生物传感器成本低，易推广。酶传感器酶是生物化学反应的高效催化剂，对底物具有高度的专一性。由于单酶传感器只能测定数目有限的化学物质，所以人们可以在一个酶传感器上偶联几种酶促反应，以增加可测分析物的数量。酶传感器有酶电极、酶场效应晶体管、酶热敏电阻和发光酶传感器等多种。酶传

8、感器结构图7-10酶电极结构微生物传感器微生物传感器利用活微生物的代谢功能检测化学物质。微生物细胞不同于一般的动、植物细胞