生物医学传感-生物传感器

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1、*1第12章生物传感器*2生物传感器（biosensors)生物传感器的概述生物传感器的基本组成和工作原理生物传感器的分类及特点生物敏感材料的固定化技术几种主要的生物传感器3手掌型葡萄糖(glucose)分析仪超高通量DNA测序仪自主研发的光子晶体微球封装（a）及检测装置（b）*4*5一、生物传感器的概述生物传感器利用生物活性物质选择性的识别和测定各种生物化学物质的传感器。1、生物传感器的定义基于ZnO量子点的夹心免疫法传感器检测CEA的竞争型型凝集素传感器*6对特定种类化学物质或生物活性物质具有选择性和可逆响应。主要由两大部分组成：一是功能识别物质（分子识别元件），由

2、其对被测物质进行特定识别；二是电、光信号转换装置（换能器），由其把被测物所产生的化学反应转换成便于传输的电信号或光信号。*9目前国内外得到广泛应用的生物传感器主要包括：1、测定水质的BOD分析仪、在市场上有以日本和德国为代表产品供应。2、采用丝网印刷和微电子技术的手掌型血糖分析器，已形成规模化生产，年销售量约为十亿美元；3、固定化酶传感分析仪：国外以美国的YSI公司和德国BST公司为代表，都有系列分析仪产品，它们主要用于环境监测和食品分析，国内到目前为主只有山东省科学院生物研究所的系列化产品在市场得到应用。4、SPR生物传感器，在日、美、德、瑞典等国得到了开发和初步应用

3、。极大多数同类其它研究还都处在探索性阶段*10德国研发的环境废水BOD分析仪*11SBA-50型单电极生物传感分析仪，是SBA-30型乳酸分析仪的更新换代产品*12SBA-40C生物传感分析仪能分析仪*13发酵罐主机计算机SBA-60型生物传感在线分析系统，为发酵自动控制提供了新的基础平台*14SBA-70型血糖乳酸自动分析仪*15在我国发酵工厂普及应用的SBA-40型谷氨酸-葡萄糖双功能分析仪工厂发酵车间化验员正在分析样品*16二、生物传感器的基本组成和工作原理信号转换器分子识别元件（生物敏感膜）待测物1、基本组成生物传感器基本构成示意图生物敏感膜、物理或化学转换器

4、*17（1）生物敏感膜（分子识别元件）由生物活性材料作为敏感基元构成。酶、蛋白质、抗体、抗原、细胞、生物组织、DNA等酶(Enzyme)抗体(Antibody)DNA具有高度的选择性和敏感性*18几种主要的生物活性材料及反应A、酶及酶促反应B、抗原与抗体及免疫反应C、微生物及微生物反应D、受体及受体配体结合反应合成分子识别材料：*19生物敏感膜生物活性材料酶膜全细胞膜组织膜细胞器膜免疫功能膜各类酶类细菌，真菌，动植物细胞动植物组织切片线粒体，叶绿体抗体，抗原，酶标抗原等生物敏感膜按所选材料不同分类：*20生物敏感膜按其分子识别原理可分为三种不同类型：A、基于生物催化反应

5、的生物敏感膜B、基于生物吸附的生物敏感膜C、基于天然生物膜和人工生物膜的生物敏感膜*21（2）信号转换器：将各种生物的、化学的和物理的信号转换为可输出的有用信号（电信号）。作用：当待测物与分子识别元件特异性结合后，所产生的复合物通过信号转换器转变为可输出的电信号、光信号等。主要有：电化学电极、光学检测元件、场效应晶体管、压电石英晶体、表面等离子共振。*22将化学变化转变成电信号（间接型）将热变化转换为电信号（间接型）将光效应转变为电信号（间接型）直按产生电信号方式（直接型）转换器转化为电信号的方式*23酶传感器为例，酶催化特定底物发生反应,从而使特定生成物的量有所增减，

6、用能把这类物质的量的改变转换为电信号的装置和固定化酶耦合，即组成酶传感器，常用转换装置有氧电极、过氧化氢。（a）将化学变化转变成电信号（间接型）*24（b）将热变化转换成电信号固定化的生物材料与相应的被测物作用时常伴有热的变化。例如大多数酶反应的热焓变化量在25-100kJ/mol的范围.这类生物传感器的工作原理是把反应的热效应借热敏电阻转换为阻值的变化，后者通过有放大器的电桥输入到记录仪中。热辐射热传导*25（c）将光信号转变为电信号例如，过氧化氢酶能催化过氧化氢/鲁米诺体系发光，如设法将过氧化氢酶膜附着在光纤或光敏二极管的前端，再和光电流测定装置相连，即可测定过氧化

7、氢含量。还有很多细菌能与特定底物发生反应，产生荧光，也可以用这种方法测定底物浓度。上述三原理的生物传感器共同点：都是将分子识别元件中的生物敏感物质与待测物发生化学反应，将反应后所产生的化学或物理变化再通过信号转换器转变为电信号进行测量，这种方式统称为间接测量方式。*26（d）直接产生电信号方式这种方式可以使酶反应伴随的电子转移、微生物细胞的氧化直接(或通过电子递体的作用)在电极表面上发生。根据所得的电流量即可得底物浓度。例：Cass等提出一种测定葡萄糖的传感器，是用二茂络铁为电子传递体。反应直接在电极表面上发生*272、生物传感器工作原理