《酶生物传感器》PPT课件

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1、1第四章酶生物传感器EnzymeBiosensor一、酶的本质与特征㈠酶的本质酶是生物体内产生的、具有催化活性的一类蛋白质。根据化学组成分为两大类，即单纯蛋白酶与结合蛋白酶。根据酶的催化反应类型分为氧化还原酶、转移酶、水解酶、异构酶等。2㈡酶的基本特征●酶的高效催化性酶的催化效率通常比一般催化剂高106-1012倍。酶之所以能高效催化，是通过降低反应所需的活化能实现的。3●酶的高度特异性酶不仅具有一般催化剂加快反应速度的作用，而且具有高度的特异性。绝对特异性相对特异性立体异构特异性4㈢酶促反应动力学酶促反应动力学是研究酶反应速度及各种因素对酶反应速度影

2、响的科学。主要影响因素包括有：底物浓度、酶浓度、pH值、温度、抑制剂与激活剂等。5酶动力学测定的是初速度，是指酶在反应过程中底物初始浓度被消耗在5%以内的速度。目的是排除酶反应过程中出现的各种干扰因素，以便测得准确的酶反应速度。6⑴底物浓度对酶促反应速度的影响7⑵酶浓度对酶促反应速度的影响若底物初始浓度固定时，酶反应速度与酶浓度呈线性关系。8⑶温度对酶促反应速度的影响每一种酶的催化反应都有适宜的温度范围和最适温度。9⑷pH对酶促反应速度的影响每一种酶都有适宜的pH值范围和最适pH值。在一定的pH下，酶促反应具有最高的反应速度，此pH称为该酶的最适pH。

3、1011⑸抑制剂、激活剂对酶促反应速度的影响凡能降低酶的活性甚至使酶完全失活的物质称为抑制剂，抑制剂的种类很多，包括药物、抗生素、毒物、抗代谢物以及酶促反应产物等。12凡能激活酶活性的物质，均称激活剂。某些酶必须有激活剂存在，才能进行酶促反应。激活剂大部分为某些无机离子，也有一些有机分子。13二、酶传感器酶传感器是应用固定化酶作为敏感元件与各种信号转换器组合而成的生物传感器。依据信号转换器的类型，酶传感器大致可分为酶电极、酶场效应管传感器、酶热敏电阻传感器、酶压电晶体型、光纤光学型等。14传感器的类型154.1酶电极传感器Enzymeelectrod

4、esensor酶电极是由固定化酶与电流型电极或电位型电极组合而成的生物传感器。具有酶的分子识别和选择催化功能，又有电化学电极响应快、操作简便的特点，能快速测定试液中某一给定化合物的浓度，且需很少量的样品。16㈠电流型酶电极电流型酶电极是将酶促反应产生的物质在电极上发生氧化或还原反应产生的电流作为测量信号，在一定条件下，利用测得的电流信号与被测物活度或浓度的函数关系，来测定样品中某一生物组分的活度或浓度。17制作生物传感器最常用的是氧化酶：底物+O2产物+H2O218基础电极可采用氧、过氧化氢电极，还可采用近年开发的介体修饰的炭、铂、钯和金等固体电极或

5、介体修饰电极。19氧电极：是一个通过测定电解电流来测定溶液中氧含量的电解池。工作时，在铂阴极和Ag阳极之间施加0.6V的电压。当E=-0.2V时电极开始电解，产生还原电流，其还原反应式为：使用最多的是封闭式的Clark氧电极21铂电极与Ag电极组合在一起置于参比溶液中，与被测溶液之间用透氧膜隔开。被测溶液中的溶解氧通过膜扩散到电解质溶液薄层，再扩散到铂电极表面进行还原产生电流。H2O2电极H2O2电极基本测量电路和电压-电流曲线两极间外加一定电压，实际测量时，外加电压控制在电压-电流曲线的平滑部分，即0.7-0.9V，此时输出电流就与浓度成比例。阳极反

6、应阴极反应24251.葡萄糖传感器葡萄糖传感器是研究最早、开发最成熟并已市场化的生物传感器，即血糖仪。各种型号的血糖仪产品26（1）早期的葡萄糖传感器早期的葡萄糖传感器是由葡萄糖氧化酶膜和电化学电极组成的。在电化学电极的透气膜上固定葡萄糖氧化酶。27当葡萄糖溶液与酶膜接触时，发生如下反应：28故葡萄糖浓度测试方法有三种：生成的葡萄糖酸消耗的氧生成的H2O229测量葡萄糖酸的葡萄糖传感器：pH电极和离子敏场效应管测定葡萄糖酸的量来计算样品中葡萄糖的含量，最低检测限为10-3mol／L，灵敏度较低；测量氧消耗量的葡萄糖传感器：30Clark氧电极用于测定

7、酶促反应中氧的消耗量(电流降低的量)来计算样品中葡萄糖的含量，最低检测限为10-4mol／L。31葡萄糖氧化产生H2O2，H2O2通过选择性透气膜，在Pt电极上氧化，葡萄糖的含量与生成的电流成正比，由此可测出葡萄糖的浓度。检测H2O2的方法的本底电流小，灵敏度高，其最低检出限为10-8mol／L。测量H2O2生成量的葡萄糖传感器：32（2）改进的葡萄糖传感器为消除环境中氧对测定的干扰，用四硫富瓦烯、二茂铁等容易在电极上氧化还原的介体来代替氧的电子传递作用。电子介体是酶氧化还原活性中心与电极表面之间的电子传递中介物，在电流型酶电极中起着关键性作用。各种

8、电子传递介体的使用，使得电流型酶传感器的响应速度、检测灵敏度和选择性都得到了很大的提高。33方