生化感测器及应用20121217.ppt

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1、生物及氣體感測器台北科技大學職二化三報告人：101320520周俊安101320523陳羿彣指導老師：陳生明教授助教：陳盈慧一、生物感測器二、氣體感測器一、生物感測器血糖感測器是目前最成功的商用生物感測器。所謂生物感測器，是由生物受體與信號轉換器構成的感測元件。生物受體必須與待測物在高度專一的條件下反應，例如血脂肪的生物受體僅能與血脂肪作用，而不會與檢體中的其他物種作用。酵素與抗體是最常用的生物受體，但DNA片段、細胞、胞器、植物，甚至動物組織都可做為生物受體。生物感測器-葡萄糖感測器具有高度專一性的酵素－－「葡萄糖氧化酶」（glucoseoxidase，簡稱GOx），常用來

2、當作生物受體。葡萄糖可以和這種酵素作用而產生具有氧化還原性的物種，這個物種可以用電化學方法來量測。在第一個反應步驟中，葡萄糖與酵素GOx的氧化態作用而轉化為葡萄糖酸，同時GOx被還原。葡萄糖感測器原理接著，還原態的酵素GOx會與另一氧化態的化學仲介子（chemicalmediator）作用而再生，再生的酵素又可與葡萄糖作用。至於還原態的仲介子，會在電極上氧化而產生電流信號，同時再生為氧化態的仲介子，又可與還原態的酵素GOx作用。血糖感測器的使用非常方便，只需把一滴血置於可拋棄式的電極片上，再把這個電極片插入感測器的讀取元件即可。經過20秒後就可讀到電流信號，而信號的強度就反應

3、出血中葡萄糖濃度的多寡。檢測元件由3部分組成：敏感生物元素（生物材料(eg。組織、微生物、器官、細胞受體、酶、抗體、核酸等），生物派生的材料或仿生)敏感元素。換能器或探測器元素（理化方式；光學、壓電、電化學等），轉換成另一種信號(即換能器），可以更方便地測量和量化。相關聯的電子或信號處理器，主要負責的結果顯示使用者友好的方式。葡萄糖感測器示意圖圖中顯示的是血硝感測器接在一個電化學分析儀的連接器上，感測器是利用厚膜印刷術把電極印在聚酯基材上。圖中標示有阿拉伯數字的位置，分別是（1）銀－氯化銀參考電極，（2）碳相對電極及（3）碳工作電極。葡萄糖感測器應用-血糖檢測氣體感測器1.半

4、導體式氣體感測器2.催化燃燒式氣體感測器3.熱導池式氣體感測器4.電化學式氣體感測器氣體感測器種類5.紅外線氣體感測器6.磁性氧氣檢測儀原理是用一種金屬氧化物半導體的氣電轉換元件，如氧化錫﹑氧化鋅﹑氧化鐵等金屬氧化物製作，在一定溫度下，吸附氣體後引起其電阻值隨被測氣體的濃度而變化，電導率隨著環境氣體成份的變化而變化來檢測氣體濃度的原理。比如，酒精感測器，就是利用二氧化錫在高溫下遇到酒精氣體時，電阻會急劇減小的原理製備的。1.半導體式氣體感測器應用半導體式氣體感測器可以有效地用於：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等氣體檢

5、測。尤其是，這種感測器成本低廉，適宜於一般氣體檢測的需求。亦適用下列幾種氣體感測：甲烷（天然氣、沼氣）、酒精、一氧化碳（城市煤氣）、硫化氫、氨氣（包括胺類，肼類）。缺點穩定性較差，受環境影響較大；尤其，每一種感測器的選擇性都不是唯一的，輸出參數也不能確定。因此，不宜應用於計量準確要求的場所。煤氣的主要成份是一氧化碳和氫氣﹐天然氣和液化石油氣的主要成份是甲烷。由於三氧化二鐵對上述氣體都敏感﹐因此常使用它作為居民可燃氣體的檢測。三氧化二鐵氣體感測器結構示意圖2.催化燃燒式氣體感測器原理這種感測器是在白金電阻的表面製備耐高溫的催化劑層，在一定的溫度下，可燃性氣體在其表面催化燃燒，燃

6、燒是白金電阻溫度升高，電阻變化，變化值是可燃性氣體濃度的函數。缺點在可燃性氣體範圍內，無選擇性。暗火工作，有引燃爆炸的危險。催化燃燒式氣體檢測儀示意圖每一種氣體，都有自己特定的熱導率，當兩個和多個氣體的熱導率差別較大時，可以利用熱導元件，分辨其中一個組分的含量。這種感測器已經感測器地用於氫氣的檢測、二氧化碳的檢測、高濃度甲烷的檢測。這種氣體感測器可應用範圍較窄，限制因素較多。3.熱導池式氣體感測器熱導池式氣體檢測儀示意圖它相當一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學活性，可以被電化學氧化或者還原。利用這些反應，可以分辨氣體成份、檢測氣體濃度。4.電化學式氣體感測器電化學氣體感

7、測器分很多子類：（1）、原電池型氣體感測器（也稱：加伏尼電池型氣體感測器，也有稱燃料電池型氣體感測器，也有稱自發電池型氣體感測器），他們的原理行同我們用的乾電池，只是，電池的碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣感測器為例，氧在陰極被還原，電子通過電流錶流到陽極，在那裡鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關。這種感測器可以有效地檢測氧氣、二氧化硫、氯氣等。（2）、恒定電位電解池型氣體感測器這種感測器用於檢測還原性氣體非常有效，它的原理與原電池型感測器不一樣，它的電化學反應是在電流強制下發生的，是一種真正