生物传感器ppt培训课件

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1、生物传感器一、生物传感器基本概念生物传感器(Biosensor)是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。在未来21世纪知识经济发展中，生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。各种生物传感器有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把

2、生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。2．分子识别元件是由一种敏感物质即分子识别材料,经固定化后构成的生物传感器敏感元件。是生物传感器的核心元件。表1生物传感器的分子识别元件分子识别元件生物活性材料酶膜各种酶类全细胞膜细菌、真菌、动植物细胞组织膜动植物组织切片细胞器膜线粒体、叶绿体免疫功能膜抗体、抗原、酶标抗原等3．敏感材料生物分子如酶、核酸、抗原,抗体、激素、受体和生物体本身如细胞、细胞器、组织均可作为敏感

3、材料，这些敏感材料的共同特点是能专一、特异性识别化合物。制备生物传感器的分子识别元件存在的问题：①对热、强酸和强碱等的不稳定,因而有可能影响测定时的准确性②固定化过程活力损失较大③分离和提纯具有较大的困难④材料来源受到一定的限制等传感器测量原理热/光电量微生物/酶等敏感元件生物传感器与其它传感器是检测对象中含生命物质。根据敏感物质不同,生物传感器分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。图1.27酶Pt/H2O2电极的基本原理图1工作电极（铂柱）；2Ag-AgCl参比电极；3电解液；4，5透析膜；6葡萄糖氧化酶（GO

4、D）；7固定圈；8辅助电极(二)生物传感器的基本组成和分类1．基本组成生物传感器一般由分子识别元件、信号转换器件及电子测量仪表组成。信号转换器：是将分子识别元件进行识别时产生的化学或物理的变化转换成可用信号的装置。以酶电极为例,就是利用酶能特异地催化底物发生反应,从而使特定物质的量有所改变的原理,用能把这类物质的量的改变转化为电信号的装置与固定化的酶偶合,组成酶传感器表2生物学反应信息和转换器的选择生物学反应信息转换器的选择离子变化电流型或电信型ISE,阻抗计质子变化ISE,场效应晶体管热效应热敏元件光效应光纤、光敏管、荧光计质量变化压电晶体色

5、效应光纤、光敏管电荷密度变化阻抗计,导纳,场效应晶体管溶液密度变化表面等离子体共振气体分压变化气敏电极,场效应晶体管2．生物传感器的分类1)依据生物传感器中分子识别元件的敏感性物质分类生物传感器分为：酶传感器微生物传感免疫传感器组织传感器细胞传感器等2）根据生物传感器的信号转换器分类生物传感器分为：电化学生物传感器(信号转换器是电化学电极)；半导体生物传感器（半导体换能器）；测光型生物传感器（光学换能器）；介体生物传感器（介体传递系统）等电化学生物传感器是目前常用的生物传感器，常见的信号转换器有:过氧化氢电极、氢离子电极、氨敏电极、二氧化碳电极

6、等。也有酶与电极之间直接进行电子交换产生电信号，它是由酶反应产生的电子传递和转移直接在电极表面进行而产生电信号。还有一种光敏生物传感器是将光敏材料固定在光纤端面上，光纤将光传入或输出，经光电倍增管检测输出光信号。以过氧化氢光纤酶电极为例,由于过氧化物酶能催化过氧化氢－鲁米诺体系发光,只要将过氧化物酶膜固定在光纤或光敏二极管的前端，即可测定过氧化氢的含量。二、生物传感器基本原理(一)   生物传感器的反应基础及分子识别机理生物传感器是生物反应与传感技术有机结合的产物,利用生物反应中物理化学变化作为其分子识别基础。常利用的生物反应有四类：酶促反应免

7、疫学反应微生物反应生物反应中伴随着发生的物理量变化1.酶促反应在酶促反应中,酶与底物形成复合物,此时酶的构象对底物显示分子识别力。酶除了识别底物外,对同类物、辅酶、抑制剂也都具有分子识别能力。2．免疫化学反应抗体是抗原刺激机体产生的具有特异性免疫功能的球蛋白。天然抗原包括细胞、细菌、病毒等。有些环境污染物,如杀虫剂、除草剂、微生物毒素与载体蛋白(如牛血清蛋白)结合也会产生半抗原。用抗体制成抗体膜对半抗原、补体也同样具有识别作用。抗体(Ab)与相应抗原(Ag)的反应,可表示为：Ag+Ab=AgAb达到平衡时,其平衡常数K为：K=[Ab·Ag]/[

8、Ab][Ag]在平衡浓度下,使用标记抗体或抗原,来识别抗体或抗原的未知浓度。免疫测定法定量的原理：对固定浓度的抗体,在平衡条件下结合的抗原和游离的抗原