电化学生物传感器-1课件.ppt

1、Contents概述1电化学生物传感器的信号转换器2电化学生物传感器的分类3生物传感器的展望4一一.概述概述l定义：由生物材料作为敏感元件敏感元件，电极作为转换元件转换元件，以电势或电流为特征检测信号的传感器。l种类：l原理：在利用生物传感器进行物质检测时, 待测物质经扩散作用进入生物活性材料, 经分子识别, 发生生物学反应, 产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的声、光、电等信号, 再经2次仪表放大并输出, 便可知道待测物浓度。二二.电化学生物传感器的信号转换器电化学生物传感器的信号转换器电位型电极离子选择电极氧化还原电极电化学参比电极电化学参比电极.电极电流型电极氧电

2、极1 1、电位型电极、电位型电极离子选择电极 离子选择电极是一类对特定的阳离子或阴离子呈选择性响应的电极，具有快速、灵敏、可靠、价廉等优点。在生物医学领域常直接用它测定体液中的一些成分（例如H+，K+，Na+，Ca2+等）。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2 2、电流型电极、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： 电极的输出直接和被测物浓度呈线性关系，不像电位型电极那样和被测物浓度的对数呈线性关系。 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氧电极是由铂阴极、Ag/AgCl阳极、KCl电解质和透气膜所构成。三、电化学生物传感器的分类三、电化学生物传感器的分类酶传感器酶传感器 （根据敏感物质分类）（根据敏感物质分类） 免疫传感器免疫传感器组织传感器组织传感器细胞传感器细胞传感器DNA传感器传感器（一）酶传感器（一）酶传感器l

4、酶电极电化学电极顶端紧贴一层酶膜酶的固定化技术酶的固定化技术惰性载体惰性载体-物理吸附法物理吸附法Text惰性载体-物理吸附法离子载体-交换法物理包埋法 酶分子通过极性键、氢键、疏水力或电子相互作用等吸附于不溶性载体上。 选用具有离子交换剂的载体，在适宜的pH下，使酶分子与离子交换剂通过离子键结合起来，形成固定化酶。 将酶分子包埋在凝胶的细微格子里制成固定化。 常用的凝胶有：聚丙烯酸胺、淀粉、明胶、聚乙烯醇、海藻酸钙、硅树脂酶传感器应用酶传感器应用葡葡萄萄糖糖传传感感器器大肠杆菌改良型葡萄糖传感器大肠杆菌改良型葡萄糖传感器MWCNTs-HRPMWCNTs-HRP葡萄糖传感器葡萄糖传感器检测血清

5、中葡萄糖浓度检测血清中葡萄糖浓度生物医学上生物医学上 电化学酶传感器 可用于监测环境中有机污染物、无机污染物和重金属等。食品工业生产的在线监测食品成分分析食品添加剂分析食品鲜度检验食品滋味、气味及成熟度的监测基础研究临床应用生物医药环境监测中环境监测中 食品分析中食品分析中 （二）免疫传感器二）免疫传感器 基本原理：采用抗原与抗体的特异反应将待测物与酶连接，然后通基本原理：采用抗原与抗体的特异反应将待测物与酶连接，然后通过酶与底物产生颜色反应，用于定量测定。过酶与底物产生颜色反应，用于定量测定。必要的试剂酶作用的底物（显色剂） 固相的抗原或抗体（免疫吸附剂）酶标记的抗原或抗体（标记物）酶联免疫

6、吸附测定法（酶联免疫吸附测定法（ELISA） 测量时，抗原（抗体）先结合在固相载体上，但仍保留其免疫活性，测量时，抗原（抗体）先结合在固相载体上，但仍保留其免疫活性，然后加一种抗体（抗原）与酶结合成的偶联物（标记物），此偶联物仍保然后加一种抗体（抗原）与酶结合成的偶联物（标记物），此偶联物仍保留其原免疫活性与酶活性，当偶联物与固相载体上的抗原（抗体）反应结留其原免疫活性与酶活性，当偶联物与固相载体上的抗原（抗体）反应结合后，再加上酶的相应底物，即起催化水解或氧化还原反应而呈颜色。其合后，再加上酶的相应底物，即起催化水解或氧化还原反应而呈颜色。其所生成的颜色深浅与欲测的抗原（抗体）含量成正比。所

7、生成的颜色深浅与欲测的抗原（抗体）含量成正比。方法方法此法适用于检验各种蛋白质等大分子抗此法适用于检验各种蛋白质等大分子抗原原间接法间接法检测抗体最常用的方法，其原理为利用检测抗体最常用的方法，其原理为利用酶标记的抗体检测已与固相结合的受检酶标记的抗体检测已与固相结合的受检抗体抗体用于抗原和半抗原的定量测定，也可用用于抗原和半抗原的定量测定，也可用于测定抗体于测定抗体双抗体双抗体夹心法夹心法临床应用临床应用l酶电极在40nL的微池中检测D-Dimer浓度应用于临床试验。检测到D-Dimer浓度范围为0.1 -100 nM ，抚育时间从几小时减少到5分钟。l利用抗原抗体反应前后电位的变化检测B型

8、肝炎抗原。检测浓度范围为4-800 ng/ml，检测限达1.3 ng/ml。此方法比常规检测更加直接，快速，简单。（三）（三）细胞传感器细胞传感器 定义：以动植物细胞作为生物敏感膜的电化学传感器，此系酶电极的衍生型电极。动植物细胞中的酶是反应的催化剂。 优点：与酶电极相比1酶活性较酶活性较离析酶高离析酶高2酶的稳定酶的稳定性增大性增大3材料易于材料易于获得获得应用应用 细胞传感器可用于诊断早期癌症，用人类脐静脉内皮细胞通过三乙酸纤维素膜固定在离子选择性电极上作为传感器，肿瘤细胞中VEGFVEGF刺激细胞使电极电位发生变化从而测得VEGF浓度来诊断癌症。四四.生物传感器的展望生物传感器的展望 目前生物传感器主要还处在实验室研究阶段，仍需要较长的一段时间才能实现产业化。比如，大多数电化学酶传感器只是对单一组分中的污染物具有响应，而传感器应用于监测实际样品中污染物仍有许多亟待解决的实际问题。 生物传感器是一项崭新的技术手段，它在发展中难免会遇到各种问题，但是它的应用前景和自身优势毋庸置疑。可以预见，未来的电化学生物传感器将实现功能多样化、微型化、智能化、集成化等特点。相信随着大量资金的涌入和多学科的融入，这些问题都将迎刃而解。