生物技术与食品安全和品质控制课件.ppt

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1、第七章生物技术与食品安全和品质控制第一节生物传感器及其在食品检测分析中的应用由固定化的具有分子识别功能的生物材料、换能器和信号处理放大装置组成的分析工具或系统。（一）生物传感器的基本组成和分类1.生物传感器的基本组成生物识别元件：生物传感器中固定化的酶、微生物细胞、抗原抗体和组织切片等具有分子识别能力的生物敏感材料。换能器：能将在生物敏感材料上进行的生化反应产生的各种信息转换成电信号的装置。信号处理装置：负责信号的分析处理和放大输出。一、生物传感器的基本概念2.生物传感器的分类根据生物敏感材料可分为酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、细胞传感器、

2、组织传感器和DNA传感器。根据换能器的不同，可分为电化学传感器、介体生物传感器、测光型生物传感器、测热型生物传感器、半导体生物传感器和压电晶体生物传感器等。以上两种分类会相互交叉，例如，酶传感器根据换能器的不同又可分为酶电极、酶热敏传感器和酶光极等。具体到某一种传感器的命名，一般是采用“功能+结构特征”的方法，例如，葡萄糖氧化酶光纤传感器等。（二）生物传感器的工作原理通过生物的分子识别作用，生物传感器中的生物敏感材料和生物样品中的待测物质特异性结合，并进行生物化学反应，产生离子、质子和质量变化等信号，信号的大小在一定条件下和样品中被测物质的量存在

3、一定的关系，这些信号经换能器转换成电信号，电信号再经信号分析处理系统处理后输出，反映出样品中被测物质的量。1.分子识别（molecularrecognition）生物传感器中的分子识别:指生物敏感材料中生物分子能选择性地和待测样品中的待测成分进行特异性（选择性）结合的性质。生物敏感材料包括酶、抗原（体）等免疫物质、微生物细胞、组织切片和DNA等。酶的分子识别:指酶分子只能和特定的底物分子进行结合，而不能和其他分子结合的特性。酶分子的识别能力主要是由酶的活性中心决定，其决定了以酶为生物敏感材料的生物传感器的分子识别能力。免疫传感器的分子识别：由传感

4、器上的生物敏感材料－抗原或抗体物质的分子识别能力决定，抗原和抗体象酶和底物一样也能发生特异性（选择性）结合。DNA传感器的分子识别：由DNA分子中碱基对的互补结合特性决定。2.生化反应中量的变化和信号的转换（1）热焓的变化及其转换（2）光效应及其转换（3）颜色的变化及其转化（4）阻抗的变化及其转换（5）生化反应中其他量的变化及其转化（6）直接产生电信号3.生物放大（biologicalamplification）（1）酶催化放大酶是高效专一的催化剂，它可以在很短的时间内催化大量底物的转化，通过测定酶所催化反应中底物的减少量或产物的增加量可以推测（

5、判断）反应中比底物减少量或产物增加量少得多的酶量，或与酶相关联的其他物质的量，从而实现生物放大作用。应用这一放大原理可以使检测方法的灵敏度（最小检出量）比常规检测方法提高2个数量级。（2）底物循环放大被测物S1或S2，在酶E1和酶E2之间不断循环，每循环一次，E1和E2都要分别消耗各自的底物C1和C2，产生对应的产物P1和P2，而循环过程中被测物S1和S2的浓度保持不变，通过分析C1和C2的消耗量或P1和P2的增加量就可以测定待测物S1或S2的量，实现放大效应。循环的次数越多酶消耗的底物和产生的产物越多，放大效率也越高（图）。（3）酶级联放大生物

6、体内的有些酶（通常为酶原）本身是没有活性，在辅酶、另外一种酶或酶的变构效应物等激活剂的作用下，酶E1i被激活为酶E1a，E1a激活E2i成E2a，E2a又激活E3i或E3a，由于酶是催化剂可以连续使用，这样经过一系列的反应，一个分子的辅酶或变构效应物等激活剂就能够产生成千上万分子的E3a，然后E3a催化底物S3产生产物P3，通过测定底物的消耗量或产物的生成量就可以灵敏地测定辅酶或变构效应物等激活剂的量（图）。优点：效率极高，对提高生物传感器的灵敏度极为有效。缺点：在生物传感器中的应用条件较为苛刻。（4）脂质体技术脂质体：由类似于细胞膜的脂质膜构成

7、的微球体，在微球体的内部包含有被酶、荧光素或电活性物质标记的抗原或抗体等标志物，微球体的外膜上结合有抗原（抗体），当外膜上的抗原（抗体）与待测的抗体（抗原）发生反应，并和补体结合时（或在表面活性剂的作用下），微球体破裂，微球体内的标志物被释放。标志物的量大且容易测定，通过测定标志物的释放量就可以测定出待测抗体（抗原）的量，从而实现生物放大（图）。缺点：目前还存在着微球体内的标志物容易渗漏和脂质体的稳定性较差等不足之处。（四）生物传感器的特点1.省时省力，简便快速2.成本低3.不需添加试剂4.灵敏度高5.体积小6.易于实现自动化7.易于推广普及二、

8、生物传感器中生物敏感材料的固定化和成膜技术（一）生物材料的固定化技术指通过物理或化学的方法将酶、微生物细胞和抗原抗体等生物材料限制在一