电化学酶生物传感器

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1、电化学酶生物传感器2014年5月于青岛电化学酶传感器的原理电化学酶传感器是由生物酶膜与各种电极如离子选择电极、气敏电极、氧化还原电极等电化学电极组合而成或将酶膜直接固定在基体电极上制成的生物传感器。根据输出信号的不同酶电极可分为电流型和电位型两种类型。5.2.1电流型酶传感器电流型酶电极传感器将酶催化反应产生的物质发生电极反应所产生的电流响应作为测量信号，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。酶的分子识别功能及其反应过程的示意图酶电极制备过程中的关键在于酶的固定化，固定化的目的在于保持酶稳定性的同时，尽可能使酶膜

2、与敏感元件紧密接触，这样酶催化反应的产物可以很快地被酶敏感元件所感知并产生相应的信号。酶的固定化酶活性中心黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD)HorseradishPeroxidase亚铁血红素（Hemin)模拟辣根过氧化物酶（G-四链体-hemin复合物）5.2.2酶电极传感器的发展三代电流型酶传感器基本原理示意图(A)第一代，(B)第二代，(C)第三代葡萄糖传感器葡萄糖氧化酶（GOx）血液中的糖称为血糖，绝大多数都是葡萄糖。体内各组织细胞活动所需的能量大部分来自葡萄糖，所以血糖必须保持一定的水平才能维持体内各器官和组织的需要。空腹血糖测定值<2.8mM低血糖3.9~6.1mM正

3、常>7.0mM高血糖>9.0mM糖尿由一种称为Clark型氧电极来制备的，用透气膜将酶包裹固定在氧电极表面。葡萄糖传感器通常使用葡萄糖氧化酶（glucoseoxidase，GOD），该传感器对葡萄糖具有选择性响应，其检测原理为：第一代葡萄糖传感器检测氧的消耗或过氧化氢的生成响应机理第二代葡萄糖传感器-电子媒介体型电子媒介体是一种具有良好电化学活性的相对分子质量小的化合物，它担负从酶的氧化还原中心到电极表面传递电子的作用。在催化还原过程中，介体首先与还原性的酶反应，然后扩散到电极表面并进行快速的电子交换(1)能够快速地与还原性的酶反应；(2)具有可逆的异相反应动力学行为；(3

4、)生成氧化型介体的过电位低而且与pH无关；(4)它的氧化或还原形态都是稳定的；(5)还原型介体不与氧发生反应；(6)在应用中无毒化作用。图5−11一些常见的媒介体的化学结构四硫富瓦烯(TTF)，(b)四氰苯醌二甲烷(TCNQ)，(c)二茂铁，(d)N-甲基苯基吡唑酮鎓(NMP+)，(e)麦多那蓝常见的媒介体的化学结构测试片第三代葡萄糖传感器----直接电子传递型三代电化学酶传感器总结-以葡萄糖检测为例检测对象敏感物质（酶）换能器（电极）葡萄糖麦芽糖蔗糖半乳糖乳酸尿酸尿素氮胆固醇磷脂质氨基酸丙酮酸乙醇葡萄糖氧化酶淀粉酶转化酶+变旋光酶+葡萄糖酶半乳糖酶乳酸氧化酶尿酸酶尿酶胆固

5、醇氧化酶磷脂酶氨基酸酶丙酮酸脱氢酶乙醇氧化酶O2,H2O2,PtPtO2PtO2O2H2O2,O2O2,H2O2PtO2,H2O2O2O2常见的电流型酶电极传感器2肌酸和肌酸酐电化学传感器图5−17肌酸微传感器对肌酸的响应图5−16肌酸和肌酸酐电化学微传感器3.电流型胆固醇传感器（胆固醇测试仪）胆固醇血清中总胆固醇(totalcholesterol，TC)包括游离胆固醇(freecholesterol，FC)和胆固醇酯(cholesterolester，CE)两部分。在血清中以游离态存在的胆固醇约占总胆固醇的27%。。。。。。。。。。。。。。。。中国正常人血清的总胆固醇量约

6、为:3.0~5.20mmol/L。血液中胆固醇含量过高，表示胆固醇代谢可能发生障碍。冠状动脉粥样硬化患者的血清胆固醇含量往往偏高。因此临床化验上测定血清胆固醇含量将有助于诊断某些疾病。测定胆固醇的原理胆固醇酯酶胆固醇氧化酶4-胆甾烯酮基于蛋白质直接电子转移的全胆固醇传感器以壳聚糖为载体将血红蛋白、胆固醇氧化酶、胆固醇酯酶固定在玻碳电极表面，在不使用任何电子媒介体的条件下，利用血红蛋白和电极之间的直接电子转移，制备成高选择性的全胆固醇生物传感器，用于测定血清中的总胆固醇含量。对胆固醇响应的线性范围为10~110mg/dL，检测限为5mg/dL，响应时间为60s。电流响应响应机

7、理4.乳酸电化学传感器乳酸传感器的制备具体方法如下，先在玻碳电极上滴加一滴用氟聚酯(Nafion)调制的介体四硫富瓦烯(TTF)浆液，晾干后再用牛血清白蛋白和戊二醛将乳酸氧化酶固定在该电极表面修饰层上面，即构成乳酸传感器。其反应如下：5.尿酸电化学传感器尿酸是核酸中嘌呤分解代谢的产物，正常值为2~7mg/dL，尿酸测定对于诊断痛风十分有帮助。通过检测尿酸酶催化反应的反应物和生成物，进而可以用来测定尿酸的含量。在分子氧的存在下，尿酸经尿酸氧化酶氧化成尿囊素、过氧化氢和二氧化碳，反应式如下所示：6.嘌呤电化学传感器各种