仪器分析多媒体全套课件教学作者刘玉海 08-3.ppt

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1、8.3生物传感器(Biosensor)一．概述1．定义传感器—能感受(或响应)一种信息并变换成可测量信号(一般指电学量)的器件。生物传感器—将生物体的成份（酶、抗原、抗体、DNA、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织）固定化在一器件上作为敏感元件的传感器称为生物传感器。2.生物传感器的基本组成敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件3.生物传感器的工作原理（1）将化学信号转变成电信号已经研究的大部分生物传感器的工作原理均属这种类型。例如酶传感器，酶催化特定底物发生反应，从而产生一种新的可供测量的物质，用能把这种

2、物质的量转变为电信号的装置和固定化的酶相耦合，即称为酶传感器。（2）将热能变化转换为电信号（3）  将光效应转换为电信号（4）  直接产生电信号4.生物传感器的分类(1).根据生物传感器的输出信号方式分类a．生物亲合型传感器被测物质与分子识别元件上的敏感物质具有生物亲合作用，即二者能特异地相结合，同时引起敏感材料的分子结构和/或固定介质发生变化。例如：电荷温度光学性质等的变化。反应式可表示为：S（底物）+R（受体）==SRb．代谢型或催化型传感器另一类是底物（被测物）与分子识别元件上的敏感物质相作用并生成产物，

3、信号转换器将底物的消耗或产物的增加转变为输出信号，这类传感器称为代谢型或催化型传感器，其反应形式可表示为S（底物）＋R（受体）==SR→P（生成物）(2).根据生物传感器中分子识别元件上的敏感物质分类生物传感器中分子识别元件上所用的敏感物质有酶、微生物、动植物组织、细胞器、抗原和抗体等。根据所用的敏感物质可将生物传感器分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器、基因传感器等。（3）.根据生物传感器的信号转换器分类生物传感器的信号转换器有：电化学电极、离子敏场效应晶体管、热敏电阻、光电转换器

4、等．据此又将生物传感器分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生传感器、测声型生物传感器等．以上后两种分类方法之间还可互相交叉，因而生物传感器的类别就更加增多，例如酶传感器又分为酶电极、酶热敏电阻、酶FET、酶光极等．上面介绍的各种名称都是类别的名称，每一类又都包含许多种具体的生物传感器，例如，仅酶电极一类，根据所用酶的不同就有几十种，如葡萄糖电极、尿素电极、尿酸电极、胆固醇电极、乳酸电极、丙酮酸电极等等．就是葡萄糖电极也并非只有一种，有用pH电极或碘离子电极作为转换器的电位型葡萄糖电极

5、，有用氧电极或过氧化氢电极作为转换器的电流型葡萄糖电极等．实际上还可再细分。总之，生物传感器是传感器中类别较多、内容较广的一大类传感器，随着科学技术的不断发展，它所包含的内容也必将更为丰富．为醒目起见，现将生物传感器的分类示于图中．5.生物传感器的特点(1)生物传感器是由选择性好的主体材料构成的分子一识别元件，因此，一般不需进行样品的预处理，它利用优异的选择性把样品中被测组分的分离和检测统一为一体．测定时一般不需另加其它试剂．(2)由于它的体积小、可以实现连续在位监测．(3)响应快、样品用量少，且由于敏感材料是

6、固定化的，可以反复多次使用。(4)传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器，因而便于推广普及。二.生物传感器的信号转换生物传感器中的信号转换器是将分子识别元件进行识别时所产生的化学的或物理的变化转换成可用信号的装置．生物传感器的信号转换器已有许多种，其中到目前为止用得最多的且比较成熟的是电化学电极，用它组成的生物传感器称为电化学生物传感器．电化学电极可用作生物传感器的信号转换器的电化学电极，一般可以分为两种类型。电位型电极和电流型电极．Ⅰ．电位型电极1．离子选择电极离子选择性电极是一类对特定的阳离子或阴离子呈

7、选择性响应的电极，具有快速、灵敏、可靠、价廉等优点，因此应用范围很广．离子选择性电极作为生物传感器的信号转换器只是它的一种应用，在生物医学领域也常直接用它测定体液中的一些成分（如H+，K+，Na+，Ca2+等）。2．氧化还原电极氧化还原电极是不同于离子选择电极的另一类电位型电极．这里指的主要是零类电极。Ⅱ．电流型电极电化学生物传感器中采用电流型电极为信号转换器的趋势日益增加，这是因为这类电极和电位型电极相比有以下优点：（1）电极的输出直接和被测物的浓度呈线性关系，不像电位型电极那样和被测物浓度的对数呈线性关系

8、．（2）电极输出值的读数误差所对应的待测物浓度的相对误差比电位型电极的小．（3）电极的灵敏度比电位型电极的高．氧电极有不少酶特别是各种氧化酶和加氧酶在催化底物反应时要用溶解氧为辅助试剂，反应中所消耗的氧量就用氧电极来测定．此外，在微生物电极、免疫电极等生物传感器中也常用氧电极作为信号转换器，因此氧电极在生物传感器中用得很广。目前用得最多的氧电极是电解式的Clark氧电极，Clark氧电