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1、篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统Advanced analytical technologyChapter 生物传感器生物传感器 （Biosensors）p 1.1 Generalization（概述）p 1.2 Principle（基本原理）p 1.3 Classification（分类）p 1.4 Application（应用）主主 讲：讲：何海波何海波 博士博士 讲师讲师（上海大学理学院化学系）（上海大学理学院化学系）篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得
2、分类型的系统传 感 器 是 什 么？1.1 概 述n人体中的传感器：人体中的传感器：耳朵耳朵、眼睛眼睛、手指手指、鼻子和舌头鼻子和舌头 嗅觉膜嗅觉膜神经细胞神经细胞大脑大脑神经纤维神经纤维BIOSENSORS鼻子类似于传感器敏感元件敏感元件传送器传送器信号处理器信号处理器篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 实验室中的传感器：实验室中的传感器：石蕊试纸石蕊试纸-显色反应显色反应 pH试纸试纸-混合指示剂混合指示剂 pH 计计-电化学装置电化学装置传感器是什么？传感器是什么？BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的
3、比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统1.1 概述传传感感器器：能感受(或响应)一种信息并变换成可测量信号(一般指电信号)的装置装置。生物传感器：生物传感器：将生物体的成份（酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织）固固定化定化在一器件上作为敏感元件的传感器称为生物传感器。定义BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 生物传感器的基本组成敏感膜（分子识别原件）、换能器（传送敏感膜（分子识别原件）、换能器（传送和转换）和和转换）和 信号处理器信号处理器B
4、IOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 生物传感器的优点生物传感器的优点 测定范围广泛；测定范围广泛；样样品品一一般般无无需需预预处处理理，被被测测组组分分的的分分离离和和检检测测同同时时完完成成，且且测定时不需加入其它试剂；测定时不需加入其它试剂；采采用用固固定定化化生生物物活活性性物物质质作作敏敏感感基基元元（催催化化剂剂），价价值值昂昂贵贵的试剂可以重复多次使用；的试剂可以重复多次使用；分分析析成成本本远远低低于于大大型型分分析析仪仪器器，便于推广普及；便于推广普及；可进入生物体内实现活体检测；可进入
5、生物体内实现活体检测；测定过程简单迅速；测定过程简单迅速；准确度和灵敏度高，一般相准确度和灵敏度高，一般相 对误差不超过对误差不超过1 1；体积小，便于野外连续自动体积小，便于野外连续自动 监测；监测；专一性强，只对特定的底物专一性强，只对特定的底物 起反应，而且不受颜色、浊起反应，而且不受颜色、浊 度的影响。度的影响。BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 第一代生物传感器：第一代生物传感器：1962年，Clark和 Lyon报道了用葡萄糖氧化酶与氧电极相结合检测葡萄糖的结果，可认为是最早提出了生物传
6、感器（酶传感器）的原理。生物传感器的发展历程BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第一代生物传感器：第一代生物传感器：1967年年Updike和和 Hicks将葡萄糖氧化酶固定在氧电极表面，将葡萄糖氧化酶固定在氧电极表面，研制成功研制成功酶电极酶电极，被认为是世界上第一个生物传感器，被认为是世界上第一个生物传感器，开创开创了生物传感器的历史。了生物传感器的历史。这类传感器抗干扰能力差，背景电流这类传感器抗干扰能力差，背景电流大，易受溶液中氧浓度变化影响。大，易受溶液中氧浓度变化影响。BIOSENSORS篮
7、球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 1977年,钤木周一等发表了关于对生化需氧量(BOD)进行快速测定的微生物传感器的报告,并在微生物传感器对发酵过程的控制等方面,作了详细报导,正式提出了对生物传感器的命名。第一代生物传感器：第一代生物传感器：篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 上市产品：上市产品：19791979年，美国年，美国YSIYSI公司公司(维赛仪器维赛仪器公司公司)，血糖测试用，血糖测试用酵素电极。酵素电极。19881988年，美国年，美
8、国MedisenseMedisense公司（公司（19961996年，雅培），电年，雅培），电化学法血糖仪化学法血糖仪-ExactechPen，袭卷，袭卷70%70%以上的第一以上的第一代产品市场，成为生物传感器业的盟主。代产品市场，成为生物传感器业的盟主。目前全球每天有目前全球每天有250万人使用万人使用MediSense的血糖仪。的血糖仪。第一代生物传感器：第一代生物传感器：BIOSENSORS雅培血糖仪雅培血糖仪(手握式手握式)篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 第二代生物传感器：第二代生物传感器：生物传感器的发
9、展历程定义为定义为使用抗体或受体蛋白当分子识别组件使用抗体或受体蛋白当分子识别组件，换能器换能器的选用则朝向更为多样化的选用则朝向更为多样化，诸如场效半导体，诸如场效半导体(FET)(FET)，光，光纤纤(FOS)(FOS)，压晶体管，压晶体管(PZ)(PZ)，表面声波器，表面声波器(SAW)(SAW)等。等。组织、微生物、免疫、酶免疫和细胞器等传感器。组织、微生物、免疫、酶免疫和细胞器等传感器。上市产品：如瑞典上市产品：如瑞典PharmaciaPharmacia公司推出的公司推出的BIAcoreBIAcore与与BIAliteBIAlite两项产品两项产品(1991(1991年）。年）。BI
10、OSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统n 第三代生物传感器第三代生物传感器:生物传感器的发展历程 最近最近,人们更关注酶与电极之间的直接电子传递研究人们更关注酶与电极之间的直接电子传递研究,并用于构造第三代生物传感器；并用于构造第三代生物传感器；将生物技术和集成电路技术结合起来，研制成场效应将生物技术和集成电路技术结合起来，研制成场效应生物传感器；生物传感器；生物传感器和流动注射分析与电脑技术相结合；生物传感器和流动注射分析与电脑技术相结合；定位在更具携带式，自动化，与实时测定功能。定位在更具携带式，自动化，
11、与实时测定功能。BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 国内外得到应用的生物传感器：l 测定水质的测定水质的BOD（biochemical oxygen demand）分析仪分析仪，在市场上有以日本和德国为代表产品供应，在市场上有以日本和德国为代表产品供应德国研发的环境废水德国研发的环境废水BOD分析仪分析仪BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统l 采用丝网印刷和微电子技术的采用丝网印刷和微电子技术的手掌型血糖分析器
12、手掌型血糖分析器，已形成规模化生产，年销售量约为已形成规模化生产，年销售量约为1010亿美元亿美元 国内外得到应用的生物传感器：手掌型葡萄糖手掌型葡萄糖(glucose)(glucose)分析仪分析仪BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统l 固固 定定 化化 酶酶 传传 感感 分分 析析 仪仪，国国 外外 以以 美美 国国 的的 YSI公公 司司 和和 德德 国国 BST公公司司为为代代表表，都都有有系系列列分分析析仪仪产产 品品，它它 们们 主主 要要 用用 于于 环环 境境 监监 测测 和和 食食 品
13、品 分分 析析，国国 内内 到到 目目 前前 为为 主主 只只 有有 山山 东东 省省 科科 学学 院院 生生 物物 研研 究究所所 的的 系系 列列 化化 产产 品品 在在 市市 场场 得得 到到 应应 用用。l SPR(surface plasma resonance)生生物物传传感感器器，在在日日、美美、德德、瑞瑞典典等等国国得得到到了了开开发发和和初初步步应应用用。国内外得到应用的生物传感器：BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 生物传感器的发展方向生物传感器是一个多学科交叉的高技术领域，伴随着
14、生物科学、信息科学和材料科学等相关学科的高速发展，生物传感器的发展将会有以下新特点：1.功能更加全面，并向微型化发展功能更加全面，并向微型化发展 未来的生物传感器将进一步涉及医疗保健、食品检测、环境监测、发酵工业的各个领域。当前生物传感器研究中的重要内容之一就是研究能代替生物视觉、听觉和触觉等感觉器官的生物传感器,即仿生传感器。而且随着微加工技术和纳米技术的进步，生物传感器将不断地微型化，使人们面前出现各种便携式生物传感器的。2.智能化程度更高智能化程度更高 未来的生物传感器将会和计算机完美紧密的结合，能够自动采集数据、处理数据，可以更科学、更准确地提供结果，实现采样、进样、最终形成检测的自动
15、化系统。同时,芯片技术将越来越多地进入传感器领域,实现检测系统的集成化、一体化。BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统1.2 1.2 生物传感器原理生物传感器原理 无论是基于电化学无论是基于电化学、光学光学、热学或压电晶体等不同类型的生物传感器，其探头热学或压电晶体等不同类型的生物传感器，其探头均由两个主要部分组成，均由两个主要部分组成，一是感应器一是感应器，它是由对被测定的物质（底物）具有高选，它是由对被测定的物质（底物）具有高选择性分子识别功能的膜构成。择性分子识别功能的膜构成。二是转换器二是转换器，
16、它能把膜上进行的生化反应中消耗或，它能把膜上进行的生化反应中消耗或生成的化学物质，或产生的光生成的化学物质，或产生的光、热等转变成电信号，最后把所得的电信号经过电热等转变成电信号，最后把所得的电信号经过电子技术的处理后，在仪器上显示或记录下来。子技术的处理后，在仪器上显示或记录下来。BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统换能器换能器（Transducer）感受器感受器（Receptor）=分析物（Analyte）溶液（Solution）选择性膜（Thin selective membrane）识别元件（R
17、ecognition）生物传感器工作机理测量信号测量信号（Measurable Signal）BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统u 生物功能物质和分子识别：生物功能物质和分子识别：分子识别过程分子识别过程是分子在特定的条件下通过分子间作用是分子在特定的条件下通过分子间作用力的协同作用达到相互结合的过程。力的协同作用达到相互结合的过程。“特定的条件特定的条件”即是指即是指分子要依靠预组织达到互补的状态，分子要依靠预组织达到互补的状态，“分子间相互作用力分子间相互作用力”即是指存在于分子之间非共价相互作用
18、，而即是指存在于分子之间非共价相互作用，而“协同作用协同作用”则则是强调了分子需要依靠大环效应或者螯合效应使得各种相互是强调了分子需要依靠大环效应或者螯合效应使得各种相互作用之间产生一致的效果。作用之间产生一致的效果。具有识别能力的生物分子称为具有识别能力的生物分子称为生物功能物质生物功能物质。例如：例如：葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶能从多种糖分子的混合溶液中，高能从多种糖分子的混合溶液中，高选择性地识别出葡萄糖，并把它迅速地氧化为葡萄糖酸内酯。选择性地识别出葡萄糖，并把它迅速地氧化为葡萄糖酸内酯。这种这种葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶即称为生物功能物质。即称为生物功能物质。生物传感器原理BIOSENS
19、ORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 生物功能物质能够识别相应的生物分子，生物功能物质能够识别相应的生物分子，具有很高的选择具有很高的选择性性。犹如。犹如钥匙和锁钥匙和锁的关系一样，一把钥匙只能打开一把锁。的关系一样，一把钥匙只能打开一把锁。因此所制备的因此所制备的生物传感器具有很高的选择性生物传感器具有很高的选择性，可以从不经，可以从不经前处理的样品中，直接测定出欲测的物质。前处理的样品中，直接测定出欲测的物质。生物功能物质和分子识别生物功能物质和分子识别偶氮染料偶氮染料环糊精环糊精BIOSENSORS篮球比赛是根
20、据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统u 生物功能物质的固定化生物功能物质的固定化l将具有分子识别能力的生物功能物质，如酶、抗将具有分子识别能力的生物功能物质，如酶、抗原、抗体等，包藏或吸附于某些高分子材料，生原、抗体等，包藏或吸附于某些高分子材料，生物高分子或无机材料，如分子筛内制备成感应器，物高分子或无机材料，如分子筛内制备成感应器，称为称为生物功能物质的固定化生物功能物质的固定化。l固定化技术固定化技术的研究是生物传感器的研究和开发中的研究是生物传感器的研究和开发中最为重要的工作。最为重要的工作。生物传感器原理BIOSENSORS
21、篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统生物功能物质的固定化方法生物功能物质的固定化方法直接化学结合法直接化学结合法：将电极表面先经过化学处理或修饰，然后将生物功能将电极表面先经过化学处理或修饰，然后将生物功能物质以共价，离子或配位等方式结合固定于电极表面。物质以共价，离子或配位等方式结合固定于电极表面。TiO2电极电极BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 架桥化固定法：架桥化固定法：用多功能的试剂，如戊二醛与酶蛋白分子相互结合，起用多
22、功能的试剂，如戊二醛与酶蛋白分子相互结合，起着桥梁的作用，从而使酶固定于电极表面，是酶固定化用得着桥梁的作用，从而使酶固定于电极表面，是酶固定化用得比较多的方法。比较多的方法。生物功能物质的固定化方法生物功能物质的固定化方法BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 高分子载体包埋法：高分子载体包埋法：将生物功能物质与合成高分子将生物功能物质与合成高分子Nafion(Nafion(全氟磺酸树脂全氟磺酸树脂)或生物高分子丝素蛋白经溶剂混合而使酶包埋其中，制备成或生物高分子丝素蛋白经溶剂混合而使酶包埋其中，制备成
23、具有活性的感应膜，再把它覆盖到转换器即电极的表面，构具有活性的感应膜，再把它覆盖到转换器即电极的表面，构成生物传感器。成生物传感器。生物功能物质的固定化方法生物功能物质的固定化方法其中：m=1,2或3;n=67;x1000 是一种由四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物,Nafion为美国杜邦公司注册的商品名。BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 高分子膜吸附法：高分子膜吸附法：先在电极表面上修饰一层合成高分子或生物高分子，然先在电极表面上修饰一层合成高分子或生物高分子，然后将生物功能物
24、质吸附到高分子膜上，制备成感应器，再与后将生物功能物质吸附到高分子膜上，制备成感应器，再与转换器结合，构成传感器。转换器结合，构成传感器。电聚合高分子包埋法：电聚合高分子包埋法：将单体和生物功能物质同时混合于电解液内，通电使单将单体和生物功能物质同时混合于电解液内，通电使单体在电极表面电聚合成高分子，与此同时可以将酶包埋于高体在电极表面电聚合成高分子，与此同时可以将酶包埋于高分子膜内，直接固定于电极表面，构成生物传感器。分子膜内，直接固定于电极表面，构成生物传感器。生物功能物质的固定化方法生物功能物质的固定化方法BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因
25、此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统生物功能物质的固定化方法生物功能物质的固定化方法BIOSENSORS 分子自组装固定法：分子自组装固定法：在单晶金电极表面，新修饰一层硫醇化合物，这是通过在单晶金电极表面，新修饰一层硫醇化合物，这是通过分子间的引力自组装构成的单分子层，然后在通过自组装分子间的引力自组装构成的单分子层，然后在通过自组装方法将媒介体和酶一层层地修饰于电极上，构成传感器。方法将媒介体和酶一层层地修饰于电极上，构成传感器。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 无机材料吸附结合法：无机材料吸附结合法：利
26、用无机材料如分子筛或氧化铝等的强烈的吸附利用无机材料如分子筛或氧化铝等的强烈的吸附性，以此作为载体，先将分子筛用聚乙烯调制后固性，以此作为载体，先将分子筛用聚乙烯调制后固定于电极表面，然后使生物功能物质吸附固定于分定于电极表面，然后使生物功能物质吸附固定于分子筛膜内，即可构成生物传感器。子筛膜内，即可构成生物传感器。碳糊固定法：碳糊固定法：将酶用石蜡油等溶剂调匀，再加入石墨粉调制成将酶用石蜡油等溶剂调匀，再加入石墨粉调制成糊状物，填充于玻璃管内制备成碳糊电极。糊状物，填充于玻璃管内制备成碳糊电极。生物功能物质的固定化方法生物功能物质的固定化方法BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比
27、赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统生物传感器原理生物传感器原理u 信号转换：信号转换：在感应器即具有生物功能活性的膜内发生的化学在感应器即具有生物功能活性的膜内发生的化学反应中，必然会消耗或产生一些化学物质，或者产反应中，必然会消耗或产生一些化学物质，或者产生热和光等，这些变化都必须先转变成电信号，然生热和光等，这些变化都必须先转变成电信号，然后经过电子技术的处理之后才能从仪表上显示或记后经过电子技术的处理之后才能从仪表上显示或记录下来。目前在生物传感器中研究最多的是录下来。目前在生物传感器中研究最多的是电化学电化学生物传感器生物传感器，其转换器主要
28、有，其转换器主要有电流型和电位型电流型和电位型两类两类。BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统大都是基于对于某种离子或气体具有选择性的电极。大都是基于对于某种离子或气体具有选择性的电极。1.pH键连：键连：是最简单的电位型生物传感器，可用于是最简单的电位型生物传感器，可用于任何任何当化学反应时有当化学反应时有pH 变化的体系变化的体系。制作传感器必须有合适的。制作传感器必须有合适的酶固定在酶固定在pH电极上。电极上。BIOSENSORS电位型生物传感器电位型生物传感器a)a)青霉素：青霉素：青霉素青霉素（
29、penicillin penicillin）青霉噻唑盐青霉噻唑盐篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统b）葡萄糖：葡萄糖：电位型生物传感器实例电位型生物传感器实例-pH 键连键连BIOSENSORS葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)+H2O2+O2葡萄糖葡萄糖 (glucose)(glucose)葡萄糖酸葡萄糖酸（gluconic acid)gluconic acid)篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统C）尿素：）尿素：尿素酶固
30、定在尿素酶固定在pH 电极上。电极上。CO(NH2)2+2H2O 2NH4+CO32-电位型生物传感器实例电位型生物传感器实例-pH 键连键连BIOSENSORS尿素酶篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.氨键连：氨键连：反应产物为氨的任何反应都可以用氨选反应产物为氨的任何反应都可以用氨选择性电极来检测择性电极来检测。a)尿素：尿素酶固定在氨电极的聚丙烯膜上。尿素：尿素酶固定在氨电极的聚丙烯膜上。b)肌酸酐：肌酸酶固定在氨电极的聚丙烯膜上。肌酸酐：肌酸酶固定在氨电极的聚丙烯膜上。电位型生物传感器实例电位型生物传感器实例肌
31、酸肌酸（CreatineCreatine）肌酸酐肌酸酐(Creatinine)(Creatinine)+NH3BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统c)c)苯丙氨酸苯丙氨酸电位型生物传感器实例电位型生物传感器实例-氨键连氨键连BIOSENSORS+NH3L-L-苯丙氨酸苯丙氨酸(phenylalanine)(phenylalanine)反式肉桂酸盐反式肉桂酸盐（trans-3-phenylacrylic acid trans-3-phenylacrylic acid）苯丙氨酸胺裂解酶苯丙氨酸胺裂解酶篮球比
32、赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统d)d)腺苷：腺苷：电位型生物传感器实例电位型生物传感器实例-氨氨 键连键连腺苷腺苷（Adenosine)Adenosine)+NH3肌苷肌苷(Inosine)(Inosine)腺嘌呤脱氧氨基酶 BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统3.二氧化碳连：二氧化碳连：用二氧化碳选择性气体电极来测定溶液中析用二氧化碳选择性气体电极来测定溶液中析出的二氧化碳。出的二氧化碳。a)尿素：尿素：CO(NH2)2+2H+2
33、NH3+CO2b)草酸：草酸：C2H2O4 CO2 +HCOOH c)地谷新（异羟基洋地黄毒苷原）地谷新（异羟基洋地黄毒苷原）将地谷新固定在聚苯乙烯珠上，样品地谷新与过氧化酶标将地谷新固定在聚苯乙烯珠上，样品地谷新与过氧化酶标记的抗体一起加入，然后络合过的过氧化酶与记的抗体一起加入，然后络合过的过氧化酶与1，2，3-苯三苯三酚和过氧化氢反应。酚和过氧化氢反应。H2O2+1，2，3-苯三酚苯三酚 CO2电位型生物传感器实例电位型生物传感器实例-CO2 连连BIOSENSORS草酸脱酸酶草酸脱酸酶过氧化酶过氧化酶篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系
34、统是一种得分类型的系统电位型生物传感器实例电位型生物传感器实例4.4.碘选择性电极：碘选择性电极：a)a)葡萄糖：葡萄糖：BIOSENSORS碘化物电极跟踪着碘化物浓度的减小，而碘化物被过氧化氢所消耗。碘化物电极跟踪着碘化物浓度的减小，而碘化物被过氧化氢所消耗。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统b)b)雌三醇：雌三醇：电位型生物传感器实例电位型生物传感器实例-碘选择性电极碘选择性电极BIOSENSORSE（H2O2,I-)E碘化碘化物电极物电极标记酶标记酶抗原抗原+样品样品 加入基质加入基质E/mV反反应应机机理理校校正
35、正曲曲线线篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 用脱酸酶或脱羧酶制备的传感器大多属于电流型生物传用脱酸酶或脱羧酶制备的传感器大多属于电流型生物传感器：感器：如如尿素传感器尿素传感器，它的感应膜是含有脲酶的膜，而转换器它的感应膜是含有脲酶的膜，而转换器是一平面是一平面pH玻璃电极。酶膜是紧贴在透氨或透二氧化碳膜上玻璃电极。酶膜是紧贴在透氨或透二氧化碳膜上再覆盖在玻璃电极上，构成生物传感器。当尿素渗入感应器再覆盖在玻璃电极上，构成生物传感器。当尿素渗入感应器而遇到脲酶时，立即被分解为氨，这种新生的氨通过透氨膜而遇到脲酶时，立即
36、被分解为氨，这种新生的氨通过透氨膜到达到达pH电极的表面，电极的表面，引起玻璃膜电位的变化，从而引起玻璃膜电位的变化，从而pH 上升上升的幅度，可以求出尿素的浓度。的幅度，可以求出尿素的浓度。小结小结:电位型生物传感器电位型生物传感器BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 抗原和抗体制备的免疫传感器属于电位型传感器：抗原和抗体制备的免疫传感器属于电位型传感器：将绒毛促性腺激素的抗体用化学结合法固定于经溴化氰处将绒毛促性腺激素的抗体用化学结合法固定于经溴化氰处理过的二氧化钛电极的表面，构成生物传感器。原理是
37、抗原理过的二氧化钛电极的表面，构成生物传感器。原理是抗原和抗体本省都带有正电或负电荷，当抗原遇到抗体时，就立和抗体本省都带有正电或负电荷，当抗原遇到抗体时，就立即发生结合反应，而是电性中和，从而引起电位的变化，指即发生结合反应，而是电性中和，从而引起电位的变化，指示抗原或抗体的浓度。示抗原或抗体的浓度。小结小结:电位型生物传感器电位型生物传感器篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 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：电极输出直接和被测物浓度呈线性关系，不像
38、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。电极的灵敏度比电位型电极的高。电流型生物传感器电流型生物传感器BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统电流型生物传感器电流型生物传感器1.第一种氧化反应模式：氧电极第一种氧化反应模式：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。目前用
39、得最多的氧电极是电解式的来测定。目前用得最多的氧电极是电解式的Clark氧电极氧电极，Clark氧电极是由铂阴极、氧电极是由铂阴极、Ag/AgCl阳极、阳极、KCl电解质和透气电解质和透气膜所构成。当将氧电极插入含有溶解氧的溶液后，溶液中的膜所构成。当将氧电极插入含有溶解氧的溶液后，溶液中的O2将扩散，透过透气膜到达铂阴极表面被还原，还原电流值将扩散，透过透气膜到达铂阴极表面被还原，还原电流值与溶解氧的量有关。与溶解氧的量有关。BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.2.第二种氧化反应模式：媒介体第二种
40、氧化反应模式：媒介体 为了替代氧，使用电子转移试剂作为氧化剂。此电子转为了替代氧，使用电子转移试剂作为氧化剂。此电子转移试剂是可逆的，有合适的氧化电位并且它的浓度是可以控移试剂是可逆的，有合适的氧化电位并且它的浓度是可以控制的，为此一般采用过渡金属阳离子和它们的络合物，此类制的，为此一般采用过渡金属阳离子和它们的络合物，此类材料通常称为材料通常称为媒介体媒介体。许多媒介体都是基于铁离子或离子。许多媒介体都是基于铁离子或离子的络和物。最成功的媒介体是的络和物。最成功的媒介体是二茂铁二茂铁。Fe（）+e-Fe(）电流型生物传感器电流型生物传感器BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时
41、间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统媒介体应具备的因素媒介体应具备的因素应能与酶发生反应。显示出可逆（即快速）电子转移动力学。对再生应有低的超电压。与pH值无关。不管是氧化型还是还原型都是稳定的。与氧不发生反应。应是无毒的。BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 利用包含氧化还原核心的酶，使它像电线那样连接到玻璃状碳电极，通过一种氧化还原聚合物在玻璃电极上进行原位聚合使酶固定在玻璃电极上。电流型生物传感器电流型生物传感器BIOSENSORS3.第三种模式：直接偶联酶电
42、极第三种模式：直接偶联酶电极篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统a)a)胆固醇：胆固醇：胆固醇通常作为酯存在于血液中，因此需要预胆固醇通常作为酯存在于血液中，因此需要预先经过水解反应。胆固醇酯酶可以促使此水解过程先经过水解反应。胆固醇酯酶可以促使此水解过程的进行，胆固醇酯酶与氧化酶，胆固醇氧化酶相联的进行，胆固醇酯酶与氧化酶，胆固醇氧化酶相联合，以起到催化氧化作用使之成为胆甾烯酮。例合，以起到催化氧化作用使之成为胆甾烯酮。例如，利用氧，氧首先转变成为过氧化氢，然后后者如，利用氧，氧首先转变成为过氧化氢，然后后者再经过氧化酶
43、和二茂铁偶联作为电极。再经过氧化酶和二茂铁偶联作为电极。电流型生物传感器实例电流型生物传感器实例1BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统应用氧（转变为应用氧（转变为H2O2）、过氧化酶和二茂铁分析过氧化酶和二茂铁分析胆固醇的生物传感器途径胆固醇的生物传感器途径 胆固醇酯酶胆固醇酯酶 胆固醇脱氢酶胆固醇脱氢酶篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统b)乙醇乙醇 乙醇也是一种重要的分析质，应用生物传乙醇也是一种重要的分析质，应用生物传感器可以
44、用来监测血液中醇的含量。例如，利感器可以用来监测血液中醇的含量。例如，利用醇脱氢酶（用醇脱氢酶（ADH），经烟酰胺腺嘌呤二核），经烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（苷酸（NAD）和）和Fe()-Fe()偶联到电极上。偶联到电极上。电流型生物传感器实例电流型生物传感器实例2BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统利用醇脱氢酶（利用醇脱氢酶（ADH）和烟酰胺嘌呤二核苷酸（）和烟酰胺嘌呤二核苷酸（NAD）、具）、具有有Fe()-Fe()媒介体的生物传感器对乙醇分析的反应途径媒介体的生物传感器对乙醇分析的反应途径NADNAD+
45、篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.3 生物传感器的分类生物传感器的分类(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生物亲合型传感器生物亲合型传感器(Bioaffinity sensors)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(bioaffinity binding)，同时造成生物分子形状改变与/或引起诸如荷电、厚度、质量、热量或光学等物理量的变化。反应式可表示为：S（底物）底物）+R（受体）受体）=SRBIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定
46、胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统b生物催化型感应器生物催化型感应器(Biocatalytic biosensors)底物（被测物）与分子识别元件上的敏感物底物（被测物）与分子识别元件上的敏感物质相作用并生成产物，信号转换器将底物的消耗或质相作用并生成产物，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：型或催化型传感器，其反应形式可表示为：S（底物）（底物）R（受体）（受体）=SRP（生成物）（生成物）2.3 生物传感器的分类生物传感器的分类BIOSENSORS篮球比赛
47、是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统(2)(2)根据生物传感器中分子识别元件上的敏感根据生物传感器中分子识别元件上的敏感物质分类物质分类 生物传感器中分子识别元件上所用的敏感物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和抗体等。根据所用的敏感物质可将生物传感生物传感器分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、器分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器细胞器传感器、免疫传感器等。等。2.3 生物传感器的分
48、类生物传感器的分类BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统（3 3）根据生物传感器的信号转换器分类）根据生物传感器的信号转换器分类 生生物物传传感感器器的的信信号号转转换换器器有有：电电化化学学电电极极、离离子子敏敏场场效效应应晶晶体体管管、热热敏敏电电阻阻、光光电电转转换换器器等等据据此此又又将将生生物物传传感感器器分分为为电电化化学学生生物物传传感感器器、半半导导体体生生物物传传感感器器、测测热热型型生生物物传传感感器器、测测光光型型生生传感器、测声型生物传感器传感器、测声型生物传感器等等 以以上上后后
49、两两种种分分类类方方法法之之间间还还可可互互相相交交叉叉，因因而而生生物物传传感感器器的的类类别别就就更更加加增增多多，例例如如酶酶传传感感器器又又分为酶电极、酶热敏电阻、酶分为酶电极、酶热敏电阻、酶FETFET、酶光极等、酶光极等2.3 生物传感器的分类生物传感器的分类BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 2.3 生物传感器的分类生物传感器的分类BIOSENSORS篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统酶传感器酶传感器(Enzyme
50、 Sensor)利用酶在生化反应中特殊的催化作用，可使糖类，醇利用酶在生化反应中特殊的催化作用，可使糖类，醇类，有机酸，氨基酸，激素，三磷酸腺苷等生物分子，在常类，有机酸，氨基酸，激素，三磷酸腺苷等生物分子，在常温下迅速被分解或氧化。反应过程中消耗或产生的化学物质温下迅速被分解或氧化。反应过程中消耗或产生的化学物质即可转变成为电信号再记录下来。即可转变成为电信号再记录下来。几种主要的生物传感器几种主要的生物传感器 BIOSENSORS酶酶传传感感器器的的结结构构篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统酶传感器酶传感器(Enzy