传感器原理及应用全套配套课件PPT动画教学大纲第13章 生物传感器.ppt

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1、第13章生物传感器传感器原理与应用13.1概述13.2酶传感器13.3免疫传感器13.4微生物传感器13.5其他常见生物传感器及应用目录传感与检测技术第13章生物传感器传感与检测技术第13章生物传感器13.1概述生物传感器（Biosensor）起源于20世纪60年代，在20世纪80年代得到了公认与发展，并作为传感器的一个分支应用于食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面。生物传感器利用酶、抗体、微生物等作为敏感材料，并将其产生的物理量、化学量的变化转化为电信号，用以检测与识别生物体内的化学成分。将生物

2、敏感材料固定在高分子人工膜等载体上，被识别的生物分子作用于人工膜（生物传感器）时，将会产生变化的信号（电、热、光等）输出，然后采用电化学法、热测量法或光测量法等测出输出信号。具有选择性好、灵敏度高、响应速度快、成本低廉、能在复杂的体系中进行在线连续监测等特点传感与检测技术第13章生物传感器13.1概述发展历程：1962年，Clark教授→酶电极1967年，Updike，Hicks→酶传感器1975年，C.Divis提出用完整的微生物活细胞取代纯酶制作的传感器1977年，美国A.Rchnitz研制出检测测精氨酸的微

3、生物电极1979年，A.Rchnitz成功研制出了测定谷氨酰胺的组织传感器20世纪80年代，牛津出版社《生物传感器：基础与应用》1990年，在新加坡召开了“首届世界生物传感器学术大会”传感与检测技术第13章生物传感器13.1.1生物传感器的工作原理工作原理：被测物质经扩散进入生物敏感膜层，经分子识别，发生生物学反应（物理、化学变化），产生物理、化学现象或产生新的化学物质，由相应的敏感元件转换成可定量、可传输处理的电信号。生物传感器敏感膜（分子识别元件）敏感元件（信号转换元件）图13-1生物传感器的基本工作原理传感

4、与检测技术第13章生物传感器13.1.1生物传感器的工作原理图13-2敏感膜对生物分子的选择性作用生物敏感膜——又称分子识别元件利用生物体内具有奇特功能的物质制成的膜与被测物质相接触时会伴有物理、化学反应选择性地“捕捉”自己感兴趣的物质传感与检测技术第13章生物传感器生物敏感膜生物活性材料酶膜各种每类全细胞膜细菌、真菌、动植物细胞组织膜动植物组织切片免疫膜抗体、抗原、酶标抗原等细胞器膜线粒体、叶绿体具有生物亲和力的物质膜配体、受体核酸膜寡聚核苷酸模拟酶膜高分子聚合物表13-1生物传感器的生物敏感膜13.1.1生物

5、传感器的工作原理根据生物敏感膜选材的不同，可以制成酶膜、全细胞膜、组织膜、免疫膜、细胞器膜、复合膜等传感与检测技术第13章生物传感器生物分子识别元件与换能器的不同组合，可以构建出适用于不同用途的生物传感器类型。13.1.1生物传感器的工作原理传感与检测技术第13章生物传感器13.1.2生物传感器的分类（1）根据生物识别元件进行分类传感与检测技术第13章生物传感器13.1.2生物传感器的分类（2）根据换能器信号转换的方式进行分类传感与检测技术第13章生物传感器13.1.3生物传感器的特点应用范围较广由具有高度选择性

6、的生物材料构成敏感（识别）元件的，一般情况下，检测时不需要另加其他试剂，也不需要进行样品的预处理体积小、分析速度快、准确度高，容易实现在线检测和自动分析操作相对简单、成本低、易于推广应用制造工艺上较难，使用寿命较短传感与检测技术第13章生物传感器生物传感器的主要应用领域生物传感器在全国应用数量和地理分布东北46华北93华东148台湾2华南31华中58西部25传感与检测技术第13章生物传感器13.2酶传感器酶传感器是利用被测物质与各种生物活性酶在化学反应中产生或消耗的物质量，通过电化学装置转换成电信号，从而选择性地

7、测出某种成分的器件。操作简单体积小便于携带现场测试广泛应用于检测血糖、血脂、氨基酸、青霉素、尿素等物质的含量传感与检测技术第13章生物传感器酶是由生物体内产生并具有催化活性的一类蛋白质，也成为生物催化剂。13.2.1酶的特性与一般催化剂作比较，相同点：仅能影响化学反应的速度，而不改变反应的平衡点不同点：（1）酶的催化效率比一般催化剂要高106~1013倍；（2）酶催化反应常温常压条件下即可进行；（3）酶的催化具有高度的专一性，即一种酶只能作用于一种或一类物质，产生一定产物，而非酶催化剂对作用物没有如此严格的选择性

8、。（4）酶的催化过程是一种化学放大，即物质通过酶的催化作用能产生大量产物。传感与检测技术第13章生物传感器13.2.2酶传感器的结构及原理酶传感器——也称为“酶电极”，由生物酶膜和各种电极（如：离子选择电极、气敏电极、氧化还原电极等）组合而成。图13-7电化学酶传感器的基本原理示意图工作原理——被测物质与各种生物活性酶在化学反应中产生或消耗的物质量，通过电化学装置（电极）