生物传感器及其应用.ppt

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1、生物传感器及其在食品中的应用1一、什么是生物传感器二、生物传感器的构成三、生物传感器的分类四、各类生物传感器的原理五、生物传感器的应用2一、什么是生物传感器传感器（电极或探头）：能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用信号的器件或装置，它通常由敏感元件、转化元件（换能器）及相应的机械结构和线路组成。3生物传感器：是利用生物物质作为敏感材料，将所感受的生物信息转换成电信号进行检测的传感器。某生物参数感受器电、热、光换能器电信号处理器数字量4生物传感器的特点：不要求样品的清晰度，检测样品一般不需要预处理,也不

2、需另加其他试剂。样品中被测组分的分离和检测可以同时完成；选择性高、分析速度快、操作简易；响应快,样品用量少,并且可反复多次使用；灵敏度高：可检测0.1~1.0ppm浓度的物质，最小极限为10-10g/mL。稳定性相对较差：检测结果易受物理和化学环境因素的影响。可进行活体分析；可以实现连续在线监测,容易实现自动化测量。5二、生物传感器的构成由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的物理、化学换能结构器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置

3、构成。6工作原理：待测物质经扩散作用进入固定生物膜敏感层，经分子识别而发生生物学作用，产生的信息如分子浓度、光、电、热、音等被相应的信号转换器变为可定量和处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，以电极测定其电流值或电压值，从而换算出被测物质的量或浓度。7生物膜的成膜固定技术与传感器器件技术是生物传感器的两大关键支撑，决定生物传感器的检测质量。8生物膜的成膜技术分为物理或化学方法：物理方法有物理吸附与物理包埋。化学方法有离子交换剂法、共价结合法、胶联共聚法等，通过化学作用结合固定生物分子。9传感器器件技术：是将生物的特

4、异关联反应中所伴随的物理或化学变化通过热、电、光、声等信息载体转换成电信号，通过放大或其他方式，传递到处理系统从而显示被检测物质的量或质。10（一）根据换能器分类换能器：主要是电化学或光学检测元件(如：电流、电位测量电极、热敏电阻、场效应晶体管、压电晶体及光纤等)。三、生物传感器的类型及原理11信号转换器生物反应产生的信号电极式各种电极活性物质，如O2、CO2、H+、NH4+等热敏电阻式热光电纤维式光半导体式电场压电晶体式气体等离子体共振式磁场12（1）将化学变化转变成电信号以酶传感器为例,酶催化特定底物发生反应,

5、从而使特定生成物的量有所增减，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,即构成酶传感器。常用转换装置有氧电极、过氧化氢。13（2）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。14（3）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,因此如设法将过氧化氢酶膜附着在光纤或光敏二极管的前端,

6、再和光电流测定装置相连,即可测定过氧化氢含量。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。15上述三类生物传感器共同点：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。16（4）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。这种方法受环境因素影响小，更稳定。17（一）根据感受器的生物

7、敏感物质分类感受器（分子识别元件）：由具有分子识别能力的生物功能物质(如：酶、动植物组织切片、微生物、抗原、抗体和核酸等)构成。18酶传感器各种酶微生物传感器微生物细胞细胞器传感器细胞膜、线粒体、电子传递体、微粒体等细胞器组织传感器细胞组织免疫传感器抗原、抗体基因（DNA）传感器核酸（DNA、RNA）191.酶电极传感器电极式生物传感器电极式生物传感器的组成：20电极活性物质电极被测物质膜生物催化剂酶、微生物抗体、抗原细胞器、细胞组织输出电信号电化学反应电极式生物传感器原理示意图21电极式生物传感器原理模式：被测物

8、质固定化生物催化剂膜电极活性物质电极电信号生物化学反应电化学反应22以葡萄糖氧化酶(GOD)电极为例简述其工作原理：在GOD的催化下,葡萄糖被氧化生成葡萄糖酸和过氧化氢。C6H12O6+O2C6H12O7+H2O2根据上述反应,可通过氧电极(测氧的消耗)、过氧化氢电极(测H2O2的产生)和pH电极(测酸度变化)来间接测定葡萄糖的含量。23葡萄糖传感器组成：葡