生物医学工程2.ppt

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1、生物传感器转换器敏感元件待测物生物传感器的模型是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术。应用领域：环境监测、食品分析、生物医学一、概述1.定义敏感材料由生物体成分（或本身）组成的传感器利用生物活性物质具有的分子识别功能，专一、灵敏。敏感元件：酶、抗体、核酸、细胞等。转换器：电化学电极、光学检测元件、场效应晶体管、压电石英晶体、表面等离子共振。酶(Enzyme)抗体(Antibody)DNA2.分类根据输出信号产生的方式生物亲和型、代谢型、催化型根据生物分子识别元件上的敏感物质酶传感器、组织传感器、微生物传感器、免疫传感器、基因

2、传感器等根据信号转化器电化学生物传感器、半导体生物传感器等其他分类被测对象、大小、功能3.生物传感器的特点高选择性。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。测定时一般不需另加其它试剂。体积小、可以实现连续在位监测。响应快、样品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反复多次使用。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、酶电极和酶传感器概述酶及酶促反应酶：由生物体产生的具有催化能力的蛋白质特性：高效106-13，条件温和，高度专一，（酶原激活）酶的活力单位：提高反应速度的能力（初速度）标准酶单位

3、、比活力酶（Enzyme）酶的专一性：锁和钥匙的关系。这种关系在生物大分子的相互作用中具有普遍性，对底物选择性地结合，避免其它物质干扰。3.酶促反应的动力学影响因素底物浓度对反应速度的影响Km:酶性质Vm:酶催化效能3.酶促反应的动力学影响因素酶浓度的影响pH温度抑制剂和激活剂4.酶的固定化技术早期的酶电极固定化技术的重要性三代生物传感器（1）非活性基质膜和化学电极（2）生物成分结合转换器表面（3）生物成分直接固定于电子元件各种固定化方法介绍（1）共价键结合：牢固，易失活，单层（2）交联固定：固定量大，部分失活（3）包埋：多样，失活小，影响因素多（4）吸附

4、：简单，失活小，牢固性差（5）夹心：简单（6）LB膜等新技术LB膜成膜过程Langmuir-Blodgett膜为了获得高灵敏度和稳定性的生物传感器，应能有效控制酶在电极表面的存在形式，维持高的有序程度。LB膜可用于将酶和其它物质修饰到电极表面。LB膜技术是很好的模拟生物膜的技术。5.酶电极及酶传感器实例生物分子识别元件：葡萄糖氧化酶膜可用的测量量：O2的减少量，葡萄糖酸或H2O2的产生量信号转换元件：氧电极，pH电极及H2O2电极（1）葡萄糖氧化酶电极一种葡萄糖传感器-GlucowatchGlucosepulledthroughtheskinbychargedm

5、oleculesTheionsmigratetotheanode(+)andcathode(-)GlucosereactswithglucoseoxidasetoformhydrogenperoxideThereactionproducesanelectrochemicalmeasuredbytheAutoSensor生物分子识别元件：乙醇氧化酶膜信号转换元件：氧电极（2）乙醇传感器生物分子识别元件：乙醇脱氢酶膜信号转换元件：Ox电子传递介质（二茂铁、四硫富瓦烯）15秒，10-6~10-4mol/L生物分子识别元件：丙酮酸氧化酶信号转换元件：氧电极，H2O2电极

6、及pH、CO2电极（3）GPT传感器三、组织电极以动植物组织薄片材料作为生物敏感膜的生物传感器特点：酶处于天然、理想状态，稳定、功效高寿命一般较长有些没有了解的反应途径或无条件拟合的体系，可直接用组织代替组织可直接成膜，便于固定，成本低组织酶源广商品化难以实现实例1:猪肾组织L-谷氨酰胺电极1979，Rechnitz,6.0×10-5~6.7×10-3mol/L6min28天21.尼龙网2.组织切片3.透析膜实例2:花椰菜膜L-抗坏血酸组织电极电极制作：组织糊+牛血清白蛋白+戊二醛+尼龙网+氧电极工作条件：底液、pH、温度响应曲线：影响因素：组织、固定化、工作

7、条件问题在酶传感器制备时，常用的酶固定化方法有哪些？各有何优缺点？组织电极与酶电极相比有何优缺点？式举例说明酶电极的制作原理和结构。四、微生物传感器1.特点适合发酵体系微生物的菌株价格低其细胞内酶的活性因细胞增殖而再生,寿命长适合完成需要辅助因子的复杂连续反应干扰较酶传感器严重2.微生物传感器的分类按工作原理：（1）用微生物体内酶的生物活性类似酶传感器（2）利用微生物对有机物的同化作用（a）呼吸机能型微生物传感器（b）代谢机能型微生物传感器3.微生物学基本知识分类、组成及性质营养：自养型与异养型生长与控制：生长曲线保存：要求、方法4.实例1：葡萄糖微生物电极P

8、seudomonasfl