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1、第七章第七章 生物传感生物传感技术及其在食品分技术及其在食品分析中的应用析中的应用一一、生物传感器概述生物传感器概述二、二、SPRSPR生物传感器生物传感器三三、SPRSPR生物传感器生物传感器在食品中的应用在食品中的应用第一节 SPR生物传感器在食品中的应用2023/1/8【问题问题问题问题】1.电饭煲为什么能自动加热和保温而不会使饭烧焦？电饭煲为什么能自动加热和保温而不会使饭烧焦？2.电冰箱、空调为什么可以自动控制电机的运转而保持恒温？电冰箱、空调为什么可以自动控制电机的运转而保持恒温？3.全自动洗衣机为什么可以自动完成洗衣过程？全自动洗衣机为什么可以自动完成洗衣过程？4.电梯门为什么不夹
2、人？电梯门为什么不夹人？5.自动门为什么会自动开启？自动门为什么会自动开启？6.怎样实现自动通风、自动喷水、自动报警？怎样实现自动通风、自动喷水、自动报警？这一切，都要归功于现代传感器技术的发展和应用。这一切，都要归功于现代传感器技术的发展和应用。这一切，都要归功于现代传感器技术的发展和应用。这一切，都要归功于现代传感器技术的发展和应用。2023/1/8一一一一.生物传感器概述生物传感器概述生物传感器概述生物传感器概述什么是传感器什么是传感器什么是传感器什么是传感器?1.1.传感器的概念：传感器的概念：传感器的概念：传感器的概念：广广广广义义义义上上上上讲讲讲讲传传感感器器就就是是能能感感知知
3、外外界界信信息息并并能能按按一一定定规规律律将将这些信息转换成可用信号的装置。这些信息转换成可用信号的装置。简单地说简单地说简单地说简单地说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所所以以传传感感器器由由敏敏感感元元器器件件（感感感感知知知知元元元元件件件件）和和转转转转换换换换器器器器件件件件（将将敏敏感感元元件件的的输输出出量量转转换换成成适适宜宜传传输输和和测测量量的的量量的的器器件件，如如电电学学量量）两两部部分分组组成成；有有的的半半导导体体敏敏感感元元器器件件可可以以直直接接输出电信号，本身就构成传感器。输出电信号，本身就构成传感器。2023/1
4、/82.2.常用传感器常用传感器常用传感器常用传感器1).1).物理传感器：物理传感器：物理传感器：物理传感器：若接受的是光、声波、压力、温度等物理信息，这样的若接受的是光、声波、压力、温度等物理信息，这样的传感器称为物理传感器。传感器称为物理传感器。2).2).化学或生物传感器：化学或生物传感器：化学或生物传感器：化学或生物传感器：若接受的是嗅觉、味觉，化学反应等信息，这样的传感若接受的是嗅觉、味觉，化学反应等信息，这样的传感器称为化学或生物传感器。器称为化学或生物传感器。目前最常用的传感器有：目前最常用的传感器有：温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器、红外线传感器红外线传感器红外线传感
5、器红外线传感器、生物传感器生物传感器生物传感器生物传感器等。等。此外还有压力传感器、气体传感器、味觉传感器等。此外还有压力传感器、气体传感器、味觉传感器等。2023/1/8温度传感器温度传感器温度传感器温度传感器2023/1/8红外线传感器红外线传感器红外线传感器红外线传感器实现无接触测量实现无接触测量实现无接触测量实现无接触测量应用领域：应用领域：应用领域：应用领域：航航空空摄摄影影、卫卫星星遥遥感感、家家电电遥遥控控、防防盗盗防防火火报报警警器器、自动门、生物探测器自动门、生物探测器2023/1/8我国第一种实用化的生物传感器SBA-30型乳酸分析仪SBA-70型生物传感在线分析系统生物传
6、感器生物传感器生物传感器生物传感器用以检测和识别生物体内化学成分。用以检测和识别生物体内化学成分。用以检测和识别生物体内化学成分。用以检测和识别生物体内化学成分。应用领域：应用领域：应用领域：应用领域：最最典典型型的的应应用用是是在在医医疗疗卫卫生生行行业业，医医院院里里各各种种进进行行生生化分析的仪器之中化分析的仪器之中2023/1/8 目目前前,人人们们对对食食品品质质量量和和安安全全性性的的要要求求越越来来越越高高,为为保保证证食食品品质质量量及及对对加加工工过过程程进进行行人人为为的的控控制制,需需要要比比较较合合适适的的分分析析方方法法。长长期期以以来来广广泛泛应应用用的的物物理理、
7、化化学学、仪仪器器等等方方法法已已不不再再能能满满足足现现代代食食品品分分析析的的需需要要,而而生生物物传传感感器器具具有有较较好好的的敏敏感感性性、特特异异性性,操操作作简简便便、响响应应速速度度快快等等优优势势,尤尤其其是是它它能能对对许许多多过过去去难难于于测测定定的的成成分分进进行行检检测测,并并能能现现场场在在线线检检测测.因因此此,在在食食品品安安全全及及品品质质控控制制现现场场和和在在线线检检测中发挥着越来越重要的作用。测中发挥着越来越重要的作用。什么是生物传感器什么是生物传感器?2023/1/8一一 般般 定定 义义：使 用 固 定 化 的 生 物 分 子(immobilize
8、d biomolecules)结合换能器，用来侦测生物体内或生物体外的环境化学物质或与之起特异性相互作用后产生响应的一种装置。Gronow定定义义：一种含有固定化生物物质(如酶、抗体、全细胞、细胞器或其联合体)并与一种合适的换能器紧密结合的分析工具或系统，它可以将生化信号转化为数量化的电信号。3、生物传感器的定义、生物传感器的定义2023/1/84.4.生物传感器的发展生物传感器的发展n概念（概念（Concept）-Leland Clark(1956)n尿尿传感器（传感器（Urea Sensor）-Guibault&Montalvo(1969)n葡萄糖分析器（葡萄糖分析器（Glucose An
9、alyser）-Yellow Springs Instr.Co.(1973)n酶热酶热调节器（调节器（Enzyme Thermistor）Mosbach(1974)n微生物电极（微生物电极（Microbial Electrodes）Divis(1975)n光纤氧传感器（光纤氧传感器（Fibre-Optic Oxygen Sensor）Lubbers&Opitz(1975)n免疫传感器（免疫传感器（Immnosensor）Liedberg et al.(1982)n酶电极（酶电极（Enzyme Electrode）MediSense Inc.(1987)nBIAcore Pharmacia,Sw
10、eden(1991)n纳米传感器（纳米传感器（NanoSensor）Vo-Dinh(2000)2023/1/81 1、测定水质的、测定水质的BODBOD分析仪、在市场上有以日本和德国为代表产品供应。分析仪、在市场上有以日本和德国为代表产品供应。2 2、采采用用丝丝网网印印刷刷和和微微电电子子技技术术的的手手掌掌型型血血糖糖分分析析器器，已已形形成成规规模模化化生生产产，年销售量约为十亿美元；年销售量约为十亿美元；3 3、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YSIYSI公公司司和和德德国国BSTBST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
11、主要要用用于于环环境境监监测测和和食食品品分分析析，国国内内到到目目前前为主只有山东省科学院生物研究所的系列化产品在市场得到应用。为主只有山东省科学院生物研究所的系列化产品在市场得到应用。4 4、SPRSPR生物传感器，在日、美、德、瑞典等国得到了开发和初步应用。生物传感器，在日、美、德、瑞典等国得到了开发和初步应用。目前，极大多数同类其它研究还都处在探索性阶段。目前，极大多数同类其它研究还都处在探索性阶段。国内外得到应用的生物传感器主要包括国内外得到应用的生物传感器主要包括：2023/1/85、生物传感器的特点(1)(1)测定范围广泛。测定范围广泛。(2)(2)生生物物传传感感器器使使用用时
12、时一一般般不不需需要要样样品品的的预预处处理理，样样品品中中的的被被测测组组分分的的分分离离和检测同时完成，且测定时一般不需加入其它试剂。和检测同时完成，且测定时一般不需加入其它试剂。(3)(3)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的试试剂剂可可以以重复多次使用。重复多次使用。(4)(4)测定过程简单迅速。测定过程简单迅速。(5)(5)准确度和准确度和灵敏度高。灵敏度高。一般相对误差不超过一般相对误差不超过1 1。(6)(6)由于它的体积小，可以实现连续在线监测，由于它的体积小，可以实现连续在线监测，容易实现自动分析。容易实现自动
13、分析。(7)(7)专一性强，只对特定的底物起反应，而且不受颜色、浊度的影响。专一性强，只对特定的底物起反应，而且不受颜色、浊度的影响。(8)(8)可进入生物体内。可进入生物体内。(9)(9)传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器，便于推广普及。传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器，便于推广普及。2023/1/86.6.生物传感器的基本原理生物传感器的基本原理 2023/1/87.生物传感器活性物质的固定化生物传感器活性物质的固定化直直接接法法:指指生生物物活活性性物物质质通通过过化化学学方方法法直直接接固固定定在在转转换换器器上上的的一一种种方方法法-交交联联法法间间接接法法:指指将
14、将生生物物活活性性物物质质先先固固定定在在一一种种固固体体支支撑撑体体上上,在在安安装装到到转转换换器器上上的的一一种种方法方法-包埋法包埋法,载体结合法载体结合法2023/1/8交联法交联法(直接法直接法)是是用用双双功功能能试试剂剂(巯巯基基丙丙酸酸,戊戊二二醛醛等等)使使生生物物活活性性物物质质直直接接共共价价键键和和到到转转换换器器上上的的方方法法-压压电电免免疫疫传传感感器和器和SPR传感器传感器参加偶联的功能团参加偶联的功能团:-NH2,-COOH,-SH,-OH2023/1/8包埋法包埋法(间接法间接法)1.将生物活性分子包埋在凝胶的细微格子里制成固定化。将生物活性分子包埋在凝胶
15、的细微格子里制成固定化。常用的凝胶有：聚丙烯酰胺、淀粉、明胶、聚乙烯醇、海藻酸钙、硅树脂常用的凝胶有：聚丙烯酰胺、淀粉、明胶、聚乙烯醇、海藻酸钙、硅树脂适用范围适用范围:宜于作用于小分子底物和产物的生物活性物质宜于作用于小分子底物和产物的生物活性物质适合于细胞器适合于细胞器,微生物的包埋微生物的包埋.2.2.LBLB膜型：膜型：制作分子水平上的单层或多层纳米分子膜技术制作分子水平上的单层或多层纳米分子膜技术(Langmuir-Langmuir-BlodgettBlodgett，LBLB膜膜)。特点特点:膜厚能薄至纳米级膜厚能薄至纳米级 能制备几乎没有缺陷的单分子层膜能制备几乎没有缺陷的单分子层
16、膜3.3.脂质双层膜脂质双层膜:人工制备的细胞膜人工制备的细胞膜-目前处于试验阶段目前处于试验阶段2023/1/8载体结合法载体结合法(间接法间接法)1.吸附法吸附法:生物活性生物活性分子通过极性键、氢键、疏水力或分子通过极性键、氢键、疏水力或电电子相互作用等吸附于不溶性载体上。子相互作用等吸附于不溶性载体上。常用的载体有：多孔玻璃、活性炭、氧化铝、石英砂、纤维素常用的载体有：多孔玻璃、活性炭、氧化铝、石英砂、纤维素酯、葡聚糖、琼脂糖、聚氯乙烯、聚苯乙烯酯、葡聚糖、琼脂糖、聚氯乙烯、聚苯乙烯2.2.共价结合法共价结合法:A A 将载体有关基团活化将载体有关基团活化,然后与生物活性物质有关基团发
17、生偶然后与生物活性物质有关基团发生偶联反应联反应B B 在载体上接上一双功能试剂在载体上接上一双功能试剂,然后将生物活性物质偶连上去然后将生物活性物质偶连上去常用的载体有：烷基化多孔玻璃、纤维素、胶原、琼脂糖、常用的载体有：烷基化多孔玻璃、纤维素、胶原、琼脂糖、2023/1/88 8、生物传感器的分类、生物传感器的分类 分类方式分类方式分类依据分类依据传感器名称传感器名称传传感感器器输输出出信号信号1 1、被被测测物物与与分分子子识识别别元元件件上上敏敏感感物物质质具有生物亲和作用。具有生物亲和作用。2 2、底底物物（被被测测物物）与与分分子子识识别别元元件件上上的的敏敏感感物物质质相相作作用
18、用并并产产生生产产物物，信信号号换换能能器器将将底底物物的的消消耗耗或或产产物物的的增增加加转转变为输出信号。变为输出信号。1、生物亲和性传感器生物亲和性传感器2 2、代谢型或催化型传感器、代谢型或催化型传感器分分子子识识别别元元件件上的敏感物质上的敏感物质1 1、酶与底物作用酶与底物作用2 2、微生物代谢、微生物代谢3 3、组织代谢、组织代谢4 4、细胞代谢、细胞代谢5 5、抗原抗体反应、抗原抗体反应6 6、核酸杂交、核酸杂交1 1、酶传感器、酶传感器2 2、微生物传感器、微生物传感器3 3、组织传感器、组织传感器4 4、细胞器传感器、细胞器传感器5 5、免疫传感器、免疫传感器6 6、DNA
19、DNA生物传感器生物传感器信号换能器信号换能器1 1、光学装置、光学装置2.2.电化学电极电化学电极3 3、离子敏场效应晶体管、离子敏场效应晶体管4 4、热敏电阻、热敏电阻 5 5、压电晶体、压电晶体6 6、光电器件、光电器件7 7、声学装置、声学装置1 1、SPRSPR传感器传感器2 2、电化学传感器电化学传感器3 3、离子敏场效应传感器、离子敏场效应传感器4 4、热敏电阻传感器、热敏电阻传感器5 5、压电晶体传感器压电晶体传感器6 6、光电传感器、光电传感器7.7.声学传感器声学传感器2023/1/82023/1/89.生物传感器在食品中的应用生物传感器在食品中的应用酶生物传感器酶生物传感
20、器 葡萄糖，谷氨酸和乳酸生物传感器是我国应用的基本品种微生物传感器微生物传感器免疫传感器免疫传感器组织生物传感器组织生物传感器DNA传感器传感器2023/1/82023/1/82023/1/82023/1/82023/1/810.生物传感器的发展趋势生物传感器的发展趋势 目目前前，生生物物传传感感器器的的应应用用受受到到稳稳定定性性、重重现现性性和和使使用用寿寿命命的的限限制制和和食食品品成成分分多多且且含含量量差差异异大大等等问问题题,使使得得在在食食品品检检测测中中实实现现商商业业化化的的生生物物传传感感器器数数量量受受到到制制约约。但但这这类类仪仪器器具具有有灵灵敏敏度度高高、特特异异性
21、性强强和和检检测测快快速速等等优优点点,仍仍是是各各国国科科学研究着重加强的一部分。学研究着重加强的一部分。随随着着计计算算机机技技术术、微微制制造造技技术术和和生生物物材材料料的的不不断断发发展展,生生物物传传感感器器在在食食品品工工业业领领域域的的应应用用将将越越来来越越广广泛泛,它它将将逐逐步步取取代代一一些些传传统统的的检检测测方方法法,成成为为广广泛泛普普及及的的常常规规分分析析及及现现场场测试仪器。测试仪器。2023/1/8二二.SPR生物传感器生物传感器 表表 面面 等等 离离 子子 体体 共共 振振(SPR)生生物物传传感感器器是是在在无无标标记记的的条条件件下下,实实时时监监
22、控控两两个个或或多多个个生生物物分分子子之之间间相相互互作作用用的的一一种种光光学学技技术术-反反射射型型光光化化学学生生物物传传感感器器.近近10年年来来,它它的的可可靠靠性性已已得得到到生生命命科科学学领领域域认认可可.便携式便携式SPR生化分析仪生化分析仪 2023/1/8SPR的发展的发展1902 年年，Wood 在光学实验中首次发现了表面等离子体共振现象；在光学实验中首次发现了表面等离子体共振现象；1941 年年，Fano 提出了体积等离子体的概念，认为是一种纵向波，解提出了体积等离子体的概念，认为是一种纵向波，解释了释了 SPR 现象；现象；1957 年年，Ritchie 认为表面
23、等离子体共振发生与金属薄膜的界面有关，认为表面等离子体共振发生与金属薄膜的界面有关，提出了提出了 Ritche 理论；理论；1959 年年，Powell 和和 Swan 通过实验证实了通过实验证实了 Ritche 的理论；的理论；1971 年年，Kretschmann 结构为结构为 SPR 传感器奠定了基础；传感器奠定了基础；1982 年年，英国，英国 Salford 大学大学 Boardman 教授出版专著教授出版专著“Electromagnetic Surface Modes”（电磁场表面波模态），标志表面（电磁场表面波模态），标志表面等离子体理论已经完善；等离子体理论已经完善；1983年
24、年,Liedberg等人成功地研制出了第一个表面等离子体等人成功地研制出了第一个表面等离子体 子气体和生子气体和生物传感器；物传感器；1988 年年，Benno Rothenhausler&Wolfgang Knoll 在在 Nature 上发上发表表“Surface-plasmon microscopy”,标志着标志着 SPR 原理在生物学中开始原理在生物学中开始应用；应用；1993 年年，Biacore 公司研发了半自动公司研发了半自动 Biacore X 生物分子相互作用检生物分子相互作用检测系统测系统 2023/1/8基本概念基本概念1.等等离离子子体体:是是含含有有足足够够数数量量的
25、的自自由由带带电电粒粒子子，有有较较大大的的电电导导率率，其其运运动动主主要要受受电电磁磁力力支支配配的的物物质质状状态态。等等离离子子体体由由带带正正电电的的离离子子和和带带负负电电的的电电子子也也可可能能还还有有一一些些中中性性的的原原子子和和分分子子所所组组成成。等等离离子子体体的的性性质质不不同同于于固固体、液体和气体，常称为物质的第四态。体、液体和气体，常称为物质的第四态。2.表面等离子体表面等离子体(SP):金属表面的自由电子金属表面的自由电子.引发引发SP的途径的途径:电子引发与电子引发与光引发光引发3.表面等离子体波表面等离子体波(SPW):金属表面自由电子的集体振荡金属表面自
26、由电子的集体振荡2023/1/8基本概念基本概念全全内内反反射射:是是一一种种光光学学现现象象,发发生生在在光光从从光光密密介介质质n1向向光光疏疏介质介质n2传播且入射角大于临界角的时候传播且入射角大于临界角的时候.消消失失波波:在在全全内内反反射射条条件件下下,入入射射光光的的能能量量没没有有损损失失,但但光光的的电电场场强强度度在在界界面面处处并并不不立立即即减减小小为为零零,而而会会渗渗入入光光疏疏介介质质中中产生消失波产生消失波.2023/1/8SPR 基本原理和信号基本原理和信号 表表面面等等离离子子体体子子共共振振(SPR)是是一一种种物物理理光光学学现现象象，它它利利用用光光在
27、在金金属属和和介介质质界界面面处处发发生生全全内内反反射射时时的的消消失失波波，引引发发金金属属表表面面的的自自由由电电子子产产生生表表面面等等离离子子体体子子，在在入入射射角角或或波波长长为为某某一一适适当当值值的的条条件件下下，表表面面等等离离子子体体子子与与消消失失波波的的频频率率和和波波数数相相等等，二二者者将将发发生生共共振振，入入射射光光被被吸吸收收，使使反反射射光光能能量量急剧下降，在反射光谱上出现共振峰（即反射强度最低值）。急剧下降，在反射光谱上出现共振峰（即反射强度最低值）。2023/1/8 表表面面等等离离子子体体子子波波（SP）对对紧紧靠靠在在金金属属薄薄膜膜表表面面的的
28、介介质质的的折折射射率率非非常常敏敏感感，当当介介质质的的折折射射率率发发生生很很小小的的变变化化时时就就会会导导致致共共振振峰峰位位置置发发生生移移动动。而而样样品品的的折折射射率率是是与与样样品品的的浓浓度度成成正正比比的的。因因此此，当当金金属属表表面面吸吸附附了了分分子子或或分分子子吸吸附附的的数数量量以以及及此此分分子子的的构构型型发发生生了了变变化化时时，都都可可依依据据共共振振峰峰的变化进行检测。的变化进行检测。2023/1/8SPR组成结构组成结构1.光源光源2.传感器芯片传感器芯片:50nm厚的金膜厚的金膜3.液体传送系统液体传送系统:样品池样品池4.检测器检测器2023/1
29、/8SPR的实验方法 一一般般为为首首先先在在传传感感片片表表面面固固定定一一个个反反应应物物，使使其其形形成成分分子子敏敏感感膜膜，然然后后将将含含待待测测物物的的样样品品以以恒恒定定的的流流速速通通过过传传感感片片，传传感感片片上上分分子子间间相相互互作作用用的的情情况况可可由由SPR信信号号的的改改变变反反映映出出来来，并并通通过过计计算算机机将将整整个个反应过程显示和记录下来。反应过程显示和记录下来。2023/1/8SPR的一个工作循环的一个工作循环(抗原抗体为例抗原抗体为例)1.结合结合:注入抗原注入抗原,使之与芯片表面的抗体发生特异性结合使之与芯片表面的抗体发生特异性结合2.解离解
30、离:当反应达平衡后当反应达平衡后,注入缓冲液注入缓冲液,使抗原抗体部分解离使抗原抗体部分解离3.传感器的再生传感器的再生:当测定结束后当测定结束后,应用强酸应用强酸,强碱等溶液冲洗样品强碱等溶液冲洗样品池池,使抗原抗体复合物解离下来使抗原抗体复合物解离下来,传感器可重新使用传感器可重新使用.2023/1/8典型的SPR 光谱图/nm角度检测角度检测型型波长检测型波长检测型2023/1/8SPR传感技术的特点传感技术的特点(1)实时检测实时检测,能动态地监测生物分子相互作用的全过程能动态地监测生物分子相互作用的全过程;(2)无需标记样品无需标记样品,保持了分子活性保持了分子活性;(3)样品需要量
31、极少样品需要量极少,一般一个表面仅需约一般一个表面仅需约 1 g 蛋白配体蛋白配体;(4)检测过程方便快捷检测过程方便快捷,灵敏度高灵敏度高;(5)应用范围非常广泛应用范围非常广泛;(6)高通量、高质量的分析数据高通量、高质量的分析数据;(7)能跟踪监控固定的配体的稳定性能跟踪监控固定的配体的稳定性;(8)对复合物的定量测定不干扰反应的平衡对复合物的定量测定不干扰反应的平衡;(9)大多数情况下大多数情况下,不需对样品进行预处理不需对样品进行预处理;(10)由于由于 SPR 基于对未穿透样品的反射光的测量基于对未穿透样品的反射光的测量,所以检测能在所以检测能在混浊的甚至不透明的样品中进行。混浊的
32、甚至不透明的样品中进行。2023/1/8 瑞典的瑞典的Biacore AB公司公司 英国的英国的Windsor Scientific公司公司 美国的美国的Quantech公司公司 美国的美国的Texas Instruments公司公司 荷兰的荷兰的Eco Chemie BV公司公司 中国科学院电子学研究所中国科学院电子学研究所目前全球主要有六个仪器公司生产目前全球主要有六个仪器公司生产SPR仪器，仪器，它们分别是：它们分别是：2023/1/8方方法法发发展展光耦合器件光耦合器件检检 测测 方方 式式 棱镜型棱镜型光纤型光纤型光栅型光栅型角度检测型角度检测型波长检测型波长检测型强度检测型强度检测
33、型偏振检测型偏振检测型相位检测型相位检测型SPR SPR 传感器的传感器的分类分类2023/1/8波长检测型波长检测型SPR装置装置2023/1/8Table 1-3 Kits for food analysis专为食品行业设计的专为食品行业设计的SPR传感器传感器Biacore ABBiacore Q日常食品和相关产品日常食品和相关产品成份检测成份检测食品安全检测食品安全检测检测试剂盒检测试剂盒商品化商品化2023/1/8SPR 的发展前景的发展前景进一步挖掘进一步挖掘SPR SPR 生物传感器监测小分子相互生物传感器监测小分子相互作用的潜能作用的潜能，有望实现现场快速检测，有望实现现场快速
34、检测SPR SPR 生物传感器与其它技术的结合发展生物传感器与其它技术的结合发展SPRSPR传感器从实验室走向商品化传感器从实验室走向商品化,并向微型并向微型化化,集成化集成化,智能化方向发展智能化方向发展2023/1/8进一步挖掘进一步挖掘SPR SPR 生物传感器监测小分子相互作生物传感器监测小分子相互作用的潜能用的潜能，有望实现现场快速检测，有望实现现场快速检测食品分析与检测食品分析与检测农产品加工与储藏农产品加工与储藏 转基因农作物的检测转基因农作物的检测 畜牧养殖业畜牧养殖业2023/1/8SPR SPR 生物传感器与其它技术的结合发展生物传感器与其它技术的结合发展SPR-电化学电化
35、学SPR-MSSPR-生物芯片生物芯片SPR成像成像2023/1/8SPRSPR传感器从实验室走向商品化传感器从实验室走向商品化,并向微型化并向微型化,集成集成化化,智能化方向发展智能化方向发展便携式便携式SPR生化分析仪生化分析仪 高通量多参数图像高通量多参数图像SPR生化分析仪生化分析仪 2023/1/8三三.SPR在食品分析中的应用在食品分析中的应用食品中一般成分的检测食品中一般成分的检测食品中有害物质的检测食品中有害物质的检测1.食品中细菌和病原菌的检测食品中细菌和病原菌的检测2.食品中生物毒素的检测食品中生物毒素的检测3.食品中添加剂和残留农药食品中添加剂和残留农药,兽药的检测兽药的
36、检测2023/1/8乙醇乙醇SPR化学传感器化学传感器 白白酒酒中中乙乙醇醇含含量量的的检检测测蒸馏比重法蒸馏比重法SPR传感器传感器操作繁琐费时操作繁琐费时(1h)操作简单省时操作简单省时(1min)2023/1/8乙醇溶液乙醇溶液SPRSPR光谱图光谱图 乙醇乙醇SPR传感器的工作曲线传感器的工作曲线 定量检测乙醇的线性范围定量检测乙醇的线性范围:0.2%70%工作曲线的回归方程工作曲线的回归方程:y(nm)=514.2+96.5 x(%)No.No.c c(alcohol(alcohol,%),%)n n (nm(nm)1 11.01.01.33321.33321.21.22 22.02
37、.01.33451.33451.81.83 34.04.01.33511.33513.43.44 410.010.01.33481.33489.39.35 515.015.01.34151.341514.514.56 620.020.01.34501.345019.519.57 725.025.01.34801.348025.625.68 830.030.01.35101.351030.530.59 935.035.01.35401.354037.137.1101040.040.01.35611.356140.440.4111150.050.01.36081.360848.748.712126
38、0.060.01.36331.363355.855.8131370.070.01.36571.365761.861.8141480.080.01.36621.366265.165.1151590.090.01.36401.364064.064.0不同浓度乙醇的折射率和共振波长变化值不同浓度乙醇的折射率和共振波长变化值乙醇标准工作曲线的建立乙醇标准工作曲线的建立2023/1/8传感器的可逆性、稳定性和重现性传感器的可逆性、稳定性和重现性 C C乙醇乙醇10%,10%,传感器可逆性良好，响应迅速。传感器可逆性良好，响应迅速。C C乙醇乙醇10%,10%,可逆性变差，随溶液中乙醇含量的增加，可逆性变
39、差，随溶液中乙醇含量的增加，金膜表面产生了吸附。金膜表面产生了吸附。可逆性可逆性 稳定性和重现性稳定性和重现性 连续连续9 9次重复测量次重复测量20%20%乙醇溶液的共振波长，乙醇溶液的共振波长，RSDRSD为为1.4%1.4%。传感器的干扰实验传感器的干扰实验 结果表明结果表明:1%的正丁醇、乙酸，的正丁醇、乙酸，0.1%的异戊醇及的异戊醇及0.4%的乙酸乙酯对测定无干扰。的乙酸乙酯对测定无干扰。2023/1/8实际样品分析实际样品分析 测测定定了了8 8种种出出口口白白酒酒中中乙乙醇醇的的含含量量，并并与与国国家家标标准准规规定定的的检检验验方方法法蒸蒸馏比重法进行了对照，结果相对误差在
40、馏比重法进行了对照，结果相对误差在 -1.50%-+0.37%-1.50%-+0.37%之间。之间。2023/1/8S.D.Mazumdara,Biosensors and Bioelectronics 22(2007)204020462007年年,S.D.Mazumdara小组应用小组应用SPR测定了牛奶样品中测定了牛奶样品中沙门氏菌沙门氏菌沙门氏菌沙门氏菌的含量的含量(三明治方法三明治方法)实验方法示意图实验方法示意图食品中微生物的检测食品中微生物的检测2023/1/8SPR实实验的特异性验的特异性三明治实验中抗原为沙门氏菌三明治实验中抗原为沙门氏菌 三明治实验中抗原为埃希氏菌属三明治实验
41、中抗原为埃希氏菌属 2023/1/8沙门氏菌标准工作曲线的建立沙门氏菌标准工作曲线的建立最低检测限最低检测限:1.25105 cells/mL线性范围线性范围:1.25105-2.5106 cells/mLRSD:3.8%2023/1/8牛奶样品中检测沙门氏菌牛奶样品中检测沙门氏菌牛奶样品中检测沙门氏菌牛奶样品中检测沙门氏菌最低检测限最低检测限:1.25105 cells/mL动力学曲线动力学曲线 a:被沙门氏菌污染的牛奶样品的检测被沙门氏菌污染的牛奶样品的检测 b:没有被沙门氏菌污染的牛没有被沙门氏菌污染的牛奶样品的检测奶样品的检测被污染的牛奶样品的检测结果被污染的牛奶样品的检测结果2023/1/8第七章第七章 传感技术传感技术技术及其在食品分技术及其在食品分析中的应用析中的应用一、一、电化学生物传感器电化学生物传感器二二、电化学生物传感器电化学生物传感器在食品中的应用在食品中的应用第二节 电化学生物传感器在食品中的应用2023/1/8一.电化学生物传感器2023/1/8二、电化学生物传感器的信号转换器二、电化学生物传感器的信号转换器 离子选择电极 电位型电极 氧化还原电极电化学电极 电流型电极 氧电极2023/1/82023/1/82023/1/8