第九次作业 生物化学传感器
传感器课后习题答案（吴建平机械工业出版）
习题集及答案习题集及答案第1章 概述1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？1.1答：答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。
我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
件和装置。
从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准（GB7665GB7665——87）对传感器（Sensor/transducer ）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。
定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。
按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
换能器、探测器。
1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
1.2答：答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；由敏感元件、转换元件、基本电路组成；关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
即检测与控制之首。
即检测与控制之首。
传感传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
1.3 简述传感器主要发展趋势，并说明现代检测系统的特征。
答：（略）1.4 传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？1.4答：答：按照我国制定的传感器分类体系表，传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器三大类，含12个小类。
按传感器的检测对象可分为：力学量、热学量、流体量、光学量、电量、磁学量、声学量、化学量、生物量、机器人等等。
生物化学传感器的设计与应用
生物化学传感器的设计与应用随着科技的不断发展，生物化学传感器得到了越来越广泛的应用。
生物化学传感器可以通过特殊的生物体系获得对目标物质的选择性响应信号，从而实现对目标物质的检测和监测。
在医疗、环境保护、食品安全等方面有着重要的应用价值。
本文将探讨生物化学传感器的基本原理、设计方法、应用案例等内容。
一、生物化学传感器的基本原理生物化学传感器的基本原理是通过生物体系的特异性选择性，将目标物质转化为可检测的生物学信号。
一般来说，生物化学传感器是由三个基本部分组成的：生物识别元件、转换元件和信号输出元件。
1、生物识别元件生物识别元件负责对目标物质进行选择性结合识别，通常采用抗体、酶、DNA、细胞等生物体系作为生物识别元件。
通过生物体系对目标物质和非目标物质的区分，实现对目标物质的选择性识别。
2、转换元件转换元件是将生物识别元件与信号输出元件连接的关键部分，将生物识别元件所识别的目标物质信号转化为可测量信号输出。
常见的转换元件包括阻抗、电容、曲率、荧光等。
3、信号输出元件信号输出元件是将转换元件的结构或化学反应结果转化为电信号输出的部分。
常见的信号输出元件包括电化学传感器、光学传感器等。
二、生物化学传感器的设计方法生物化学传感器的设计方法主要包括：生物体系的选择、生物识别元件的设计、转换元件和信号输出元件的选择和设计。
1、生物体系的选择生物体系的选择应根据目标物质的特点进行筛选。
一般来说，生物体系要具有选择性、灵敏度、重现性、稳定性等特点。
2、生物识别元件的设计生物识别元件的选择应针对目标物质的特异性结合而设计。
通过变化生物识别元件结构或化学性质，实现对目标物质的选择性识别。
3、转换元件和信号输出元件的选择和设计转换元件和信号输出元件应根据生物体系的特点和生物识别元件的选择而确定。
转换元件和信号输出元件的设计应结合生物识别元件和目标物质的特点进行调整和优化。
三、生物化学传感器的应用案例生物化学传感器在医疗、环境保护、食品安全等方面都有着广泛的应用。
传感器的三种常见分类方法有哪些
传感器的三种常见分类方法有哪些传感器的三种常见分类方法包括基于测量原理的分类、基于感知物理量的分类和基于应用领域的分类。
第一种分类方法是基于测量原理的分类。
根据传感器的工作原理不同，可以将传感器分为电学传感器、光学传感器、热学传感器、生物化学传感器以及力学传感器等几个类别。
电学传感器是利用电磁感应、电阻、电容、电流等电学原理进行测量的传感器，常见的有温度传感器、压力传感器和液位传感器等。
光学传感器则是利用光的衍射、散射、吸收和透射等原理进行测量的传感器，常见的有光电传感器、光纤传感器和光谱传感器等。
热学传感器主要通过测量物体的温度来获取信息，常见的有红外传感器和热电偶传感器等。
生物化学传感器则是应用于生物领域，通过测量生物体的微量化学变化来获得信息，常见的有血糖传感器和DNA传感器等。
力学传感器主要测量物体的力、压力、重量等力学量，常见的有压力传感器、力传感器和称重传感器等。
第二种分类方法是基于感知物理量的分类。
根据传感器感知的物理量不同，可以将传感器分为温度传感器、压力传感器、湿度传感器、位移传感器以及光传感器等几个类别。
温度传感器用于测量物体的温度，常见的有热电偶型温度传感器和热敏电阻型温度传感器等。
压力传感器用于测量物体的压力，常见的有压阻式压力传感器和压电式压力传感器等。
湿度传感器用于测量空气中的湿度，常见的有湿敏电阻式湿度传感器和电容式湿度传感器等。
位移传感器用于测量物体的位移或位置，常见的有光电式位移传感器和电感式位移传感器等。
光传感器用于测量光的强度、颜色和波长等，常见的有光电传感器和光纤传感器等。
第三种分类方法是基于应用领域的分类。
根据传感器应用的领域和需求不同，可以将传感器分为工业传感器、环境传感器、生物医学传感器、农业传感器以及安防传感器等几个类别。
工业传感器主要应用于工业生产过程中，如温度传感器、压力传感器和流量传感器等，用于监测和控制生产过程中的关键参数。
环境传感器主要用于测量环境的温度、湿度、气压、湿度和污染物浓度等，用于环境监测和保护。
生物传感器检测原理、类型
③ 酶催化一般在温和条件下进行 由于酶是蛋白质，极端的环境条件(如高温、酸碱)容易 使酶失活。 ④ 有些酶(如脱氢酶)需要辅酶或辅基 若从酶蛋白分子中除去辅助成分，则酶不表现催化活性。 ⑤ 酶在体内的活力常常受多种方式调控 包括基因水平调控、反馈调节、激素控制、酶原激活等。 ⑥ 酶促反应产生的信息变化有多种形式， 如热、光、电、离子化学等。
3.1 酶及酶反应
2） 酶的蛋白质性质
酶是蛋白质，这一结论最早由sumner提出，他在1926年首次 从刀豆中提取了脲酶结晶，并证明这个结晶具有蛋白质的一切性质。 以后人们又陆续获得了多种结晶酶，在已经鉴定的2000余种酶中， 多数已被结晶或纯化，检索SIGMA目录，作为商品出售的酶已经达 400多种。 证明酶是蛋白质有4点依据： ① 蛋白质是氨基酸组成的，而酶的水解产物都是氨基酸，即酶是由 氨基酸组成的。 ② 酶具有蛋白质所具有的颜色反应，如双缩脲反应、茚三酮反应、 乙醛酸反应等。 ③ 一切能使蛋白质变性的因素，如热、酸、碱、紫外线等，同样可 以使酶变性失活。 ④ 酶同样具有蛋白质所具有的大分子性质，如不能透过半透膜，可 以电泳，并有一定等电点。
催化C-C、C-O、C-N或C=S键裂解或缩合，其代表反应式为：
如脱羧酶、碳酸酐酶等。
(5) 异构酶类(isomerases)
催化异构化反应，使底物分子内发生重排，一般反应式为：
这类酶包括消旋酶(如L-氨基酸转变成D-氨基酸)、变位酶(如 葡萄糖-6-磷酸转变为葡萄糖-l-磷酸)等。
(6) 合成酶类(1igases) 或称连接酶类，
生物学反应信息 离子变化 电阻、电导变化 质子变化 气体分压变化 换能器选择 离子选择性电极 阻抗计、电导仪 场效应晶体管 气敏电极 生物学反应信息 光学变化 颜色变化 质量变化 力变化 换能器选择 光纤、光敏管 光纤、光敏管 压电晶体等 微悬臂梁
第5章《传感器及其应用》参考答案
第5章《传感器及其应用》第1节 揭开传感器的“面纱”【学习目标】1．了解传感器在生产和生活中的应用。
2．知道非电学量转换成电学量的技术意义。
3．知道传感器的最基本原理及其一般结构。
4．知道敏感元件的作用。
【要点透析】1. 什么是传感器？传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）按一定规律转换成便于处理和传输电学量（如电压、电流等）的一种元件。
传感器输入的是非电学物理量，输出的是电学量。
将非电学物理量转换成电学量后，测量比较方便，而且能输入到计算机进行处理。
各种传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以至家庭生活等多种领域。
2．传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源。
如图5.1-1所示。
敏感元件（预变换器）：将不能够直接变换为电量的非电量转换为可直接变换为电量的非电量元件。
敏感元件是传感器的核心部分，它是利用材料的某种敏感效应（如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等）制成的。
转换元件：将感受到的非电量直接转换为电量的器件称为转换元件，如压电晶体、热电偶等。
转换电路：将转换元件输出的电量变成便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路称为测量电路。
3．传感器的分类传感器的种类很多，目前尚没有统一的分类方法，一般常采用的分类方法有如下几种：（1）按工作原理分类物理传感器：利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息的传感器，如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等；化学传感器：利用化学反应识别和检测信息的传感器，如气敏传感器、湿敏传感器等； 生物传感器：利用生物化学反应识别和检测信息的传感器，它是由固定生物体材料和适图5.1-1 敏感元件当转换器件组合成的系统。
如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。
（2）按用途分类这种分类方法给使用者提供了方便，容易根据需要测量的对象选择所需要的传感器。
现代传感技术与系统课后题及答案
特点：
(1)采用两个（或两个以上）性能完全相同的敏感元件。其中一个感受被测量和环境量，另一个只感受环境量作补偿用。
(2)两个敏感元件同时接到电桥的相邻两臂或反串。
(3)能消除环境和条件变化干扰的影响（如温度变化、电源电压波动）。
3.差动结构型
特点：
(1)采用两个（或两个以上）性能完全相同的敏感元件，同时感受相同的环境影响量和方向相反的被测量。
1.传感器的基本概念是什么？一般情况下由哪几部分组成？
国家标准（GB7665-87）传感器的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
2.传感器有几种分类形式，各种分类之间有什么不同？
共有10种分类形式。根据传感器的工作机理：基于物理效应、基于化学效应、基于生物效应；传感器的构成原理：结构型与物性型；能量转换情况：能量转换型和能量控制型；根据传感器的工作原理分类：可分为电容式、电感式、电磁式、压电式、热电式、气电式、应变式等；根据传感器使用的敏感材料分类：可分为半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器、高分子材料传感器、复合材料传感器等；根据传感器输出信号为模拟信号或数字信号：可分为模拟量传感器和数字量（开关量）传感器；根据传感器使用电源与否：可分为有源传感器和无源传感器；根据传感器与被测对象的空间关系：可分为接触式传感器和非接触式传感器；根据与某种高新技术结合而得名的传感器：如集成传感器、智能传感器、机器人传感器、仿生传感器等；根据输入信息分类：可分为位移、速度、加速度、流速、力、压力、振动、温度、湿度、粘度、浓度等。
传感器通常由敏感元件和转换元件、转换电路组成。1、敏感元件：直接感受被测量，以确定的关系输出某一物理量（包括电学量）。2、转换元件：将敏感元件输出的非电量物理量转换为电学量（包括电路参数量）。3、转换电路：将电路参数量（如电阻、电容、电感）转换成便于测量的电学量（如电压、电流、频率等）。
化学与生物传感 2
NAD+和NADP+ FMN和FAD 铁卟啉
脱氢酶 氧化酶 过氧化物酶
辅助因子通常存在酶的活性中心部位，对酶的催化起 重要作用。
18
以铁卟啉为辅基的
细胞色素c
肌红蛋白 (Mb)
血红蛋白(Hb)、辣根过氧化物酶(HRP)等
19
2.3.1 酶及酶反应 二、 酶的特性
1. 高效性；
生物催化剂
2. 高度专一性 3. 反应条件温和，一般在常温、常压；
的反应。
33
2.3.2 微生物及微生物反应
微生物传感器的工作原理
微生物的特征
微生物具有新陈代谢机能（物质的合成与分解）和呼吸机 能（O2的消耗），菌体内具有复合酶、能量再生系统等。
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2.3.2 微生物及微生物反应 微生物传感器的工作原理
(a) 呼吸机能型
环境废水BOD分析仪
图2.8 微生物传感器的工作原理
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2.3.4 核酸及核酸反应
DNA杂交
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2.3.4 核酸及核酸反应 DNA传感器的分类
根据传感器DNA识别模型的不同 （1）单链DNA (ssDNA) 传感器
利用固定化单链 DNA探针，在碱基配对原则基础上进行分子识 别检测系统，通过DNA分子杂交反应，直接或间接产生的信号变化检
是一种利用对特定化合物具有的预定选择性来制备合成识别位点的 技术。
图2. 4 MIP制备的一般步骤
11
2.2.2 分子印迹
已制备分子印迹传感器 尼古丁、吗啡、对硫磷、氯霉素 敌草净等等 例如：尼古丁检测 在弱酸性条件下，以邻氨基酚为单体，尼古丁为模 板分子，用循环伏安法电聚合成膜制备传感器。 检测浓度: 4.010-7 3.3 10-5 mol/L
基于场效应管的生物化学传感器
基于场效应管的生物化学传感器传感器是现代科技中极为重要的一个组成部分。
传感器的作用在于将各种物理信号转换成电信号，以便于我们对其进行测量和分析。
而生物化学传感器则是一种特殊的传感器，它通过感知生物化学信号来实现对生物体内外物质分析的一种新型技术。
在生物化学传感器中，场效应管也扮演着非常重要的角色。
传统的生物化学传感器通常使用酶作为生物识别元件，在测量生物体内外物质时，这种传感器具有灵敏度高、选择性好的特点。
然而酶与生物体内外物质反应后往往会被破坏，从而丧失其功能性。
基于此原因，基于场效应管的生物化学传感器应运而生。
场效应管是一种主要由导电材料及其衬底构成的半导体器件，其内部的材料结构与硅晶体管类似。
不同之处在于场效应管采用导电材料填充范德华反射带的方式，增加了电极的接触面积，从而使电极更容易与外界物质发生反应，进而产生电流信号。
因此，基于场效应管的生物传感器可以通过电荷累积和电场变化来识别生物体内外物质。
基于场效应管的生物传感器的主要优点是具有非常高的灵敏度和选择性，同时这种传感器不能被生物体内外物质破坏。
它可以准确地识别生物体内外物质，从而实现更为精确的物质分析。
与传统的生物化学传感器相比，基于场效应管的生物传感器更加稳定和可靠，同时也具有更长的使用寿命。
在基于场效应管的生物传感器中，电极材料的选择非常重要。
合适的电极材料可以使传感器具有更好的稳定性和灵敏度。
目前，常用于基于场效应管生物传感器的电极材料有铂、铱、金、银等。
选择一种适合的电极材料对于传感器的性能有着至关重要的影响。
基于场效应管的生物传感器应用广泛，包括化学、生物、环保等多个领域。
例如，基于场效应管的生物传感器可在果汁、酒精饮料中监测糖分含量，可在水中检测污染源等。
此外，基于场效应管的生物传感器还可与微电子技术、纳米技术等结合，实现更为精准的物质分析。
总之，基于场效应管的生物传感器是一种非常新颖且有用的科技手段，它可以有效地将生物体内外物质转化为电信号，实现更为精准的生物分析。
武汉大学《分析化学》(第5版)(下册)课后习题(电分析化学新方法) 【圣才出品】
第17章 电分析化学新方法17-1 化学修饰电极可以用于一氧化氮的测定，通常是使用双层膜修饰，即在玻碳电极表面先修饰一层镍、铁或钴卟啉化合物，再在其外层修饰上一层Nafion阳离子交换剂，以排除干扰。
试解释Nafion能排除哪类物质的干扰？其原理是什么？答：（1）Nafion能排除阴离子物质的干扰。
Nafion阳离子交换剂是一类全氟磺酸交换树脂，能够阻碍溶液中的阴离子到达电极表面，阳离子能够自由穿透，因而它能排除阴离子物质的干扰。
（2）其原理是利用修饰膜的渗透性来控制被测物和干扰物到达电极表面的能力，由于被分析物和干扰物的性质差别，如电荷、尺寸、形状、极性等，因而传输能够进行，被分析物进出膜层，而干扰物被排斥或阻碍不能到达电极表面，因此电极的选择性有显著的提高。
17-2 试设计一种化学修饰电极，利用修饰剂对重金属离子铅、镉和铜的富集作用，实现对该三种离子的高灵敏度测定。
答：纳米二氧化钛能够富集重金属离子，因此可以设计一种负载有纳米二氧化钛的电极，对重金属离子富集，从而实现对铅、镉和铜离子的高灵敏度测定。
17-3 多巴胺带正电荷，抗坏血酸带负电荷，它们在玻碳电极上的氧化电位相近，通常相互干扰。
对于含多巴胺和抗坏血酸的混合试样，使用何类化学修饰电极有可能选择性地测定抗坏血酸，而多巴胺不产生干扰？答：对于含多巴胺和抗坏血酸的混合试样，可使用带有正电荷的修饰膜电极来进行选择性地测定抗坏血酸，而多巴胺不会产生干扰。
因为多巴胺和抗坏血酸所带的电荷电性不同。
17-4 用葡萄糖氧化酶制作的葡萄糖传感器，一般通过氧的检测来间接测定葡萄糖。
能否通过其他物质的检测来间接测定葡萄糖？试说明其检测原理。
答：（1）能。
在该传感器中，除了可以通过氧的检测来间接测定葡萄糖外，还可通过测定酶反应所生成的过氧化氢来对葡萄糖定量分析。
（2）检测原理：此种酶传感器是在铂电极表面上，涂覆上GOD 制成，测定时，溶液中的葡萄糖在含有酶的膜表面而被氧化，生成的过氧化氢向膜内渗透扩散，到达铂阳极上发生以下电化学反应22222H O H O e +-=++其响应电流与溶液中葡萄糖浓度成正比。
生物化学作业题及部分参考答案（17页）
生物化学作业题及部分参考答案（17页）生物化学作业题及答案（一）（绪论、糖类、脂类、蛋白质化学）填空题：1、生物化学简单地说就是生命的化学，它是用化学的理论和方法研究生物机体的化学组成和生命过程中的化学变化规律的一门学科。
它大体上包括静态生化、动态生化和机能生化这三个方面的内容。
2、生物体内特有的大而复杂的分子叫生物大分子，包括糖、脂肪、蛋白质、酶、核酸等。
3、我国科学工作者于1965 年，首先合成世界上公认的第一个具有全部生物活性的结晶牛胰岛素；于1972 年，对猪胰岛素空间结构的X光衍射法研究分析率达到了1.8 A 水平。
1981 年又胜利完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工合成。
4、生物体内的三大营养物质是指糖、脂肪、蛋白质，其中糖是生物体最重要的能源和碳源物质。
5、糖是一类多羟基的醛、酮和它们的缩合物及其衍生物的总称，而脂类则是指由甘油和高级脂肪酸所构成的不溶于水而溶于非极性的有机溶剂的生物体内的化合物。
6、糖可依据其结构的繁简分为单糖、寡糖和多糖三类，最简单的单糖是甘油醛和二羟丙酮，最常见的单糖有葡萄糖、果糖、半乳糖和核糖，大米中含量最多的糖是淀粉。
糖原、支链淀粉和直链淀粉分别加入碘溶液后各产生的颜色是红色、紫色和兰色。
糖原可以在肝脏和肌肉组织中找到。
糖原和支链淀粉都以α—1，6 糖苷键形成分支10、自然界中最多的有机物是钎维素，此有机物是组成单位是β—D—比喃葡萄糖。
11、动物脂肪的碘价较低，在室温下呈固态。
12、膜的两种主要成分是蛋白质和类脂，在所有的生物膜中都有磷脂。
13、饱和脂肪酸的碳原子之间的键都是单键；不饱和脂肪酸碳原子之间则含有双键。
14、在人体内，对新陈代谢、生殖、生长和发育等生命活动具有调节作用的蛋白质叫激素，在新陈代谢过程中起催化作用的蛋白质叫酶；在细胞膜上起运载作用的蛋白质称为载体；对入侵人体内的病原体具有特殊的抵抗能力的蛋白质是抗体。
15、组成蛋白质的元素主要有C、H、O、N、S 等五种。
生物化学传感器的研发与应用
生物化学传感器的研发与应用一、引言生物化学传感器是一种基于生物分子识别和转化的传感器，可在生物医学、环境科学、食品安全等领域发挥重要作用。
本文旨在介绍生物化学传感器的研发和应用。
二、生物化学传感器的原理生物化学传感器是一种融合了生物系统和化学传感器的智能化传感器。
它依托于生物分子（如酶、抗体、DNA）与靶分子之间的特异性相互作用，将靶分子的存在转化为特定信号输出，从而实现对靶分子的检测。
其原理主要分为三个部分：生物分子识别、生物能量转化和信号检测。
其中，生物分子识别是生物化学传感器的核心，也是最具挑战性的部分。
三、生物化学传感器的研发生物化学传感器的研发需要多学科交叉融合，如生物学、化学、光学、电子学、计算机科学等。
目前，研发生物化学传感器主要采用以下几种策略：1.基于生物分子的原理。
生物化学传感器的核心是生物分子的识别与转化，因此通过选择合适的生物分子，如酶、抗体、DNA 等，对靶分子进行选择性识别与转化成为信号，以达到检测目的。
例如，利用抗体识别针对靶分子（如病毒、蛋白质、肿瘤标志物等）进行检测。
2.基于纳米技术的原理。
体积小、表面活性高、分散性好的纳米材料，是构建高灵敏度、高稳定性、高特异性的生物化学传感器的理想材料。
例如，利用纳米金粒子的表面等离子共振（SPR）效应实现靶分子的检测。
3.基于光电子技术的原理。
通过将生物分子转化为光信号或电信号，以实现对靶分子的检测。
例如，利用生物分子催化反应的光引起电流的变化，从而实现检测；利用荧光标记物的荧光强度变化，实现靶分子的检测。
四、生物化学传感器的应用生物化学传感器广泛应用于生物医学、环境科学、食品安全等领域。
例如：1.生物医学领域。
生物化学传感器可以用于基因检测、蛋白质检测、药物检测、临床诊断、病原体检测等。
例如，利用生物化学传感器可以实现癌细胞的快速检测和诊断，为早期肿瘤的治疗提供基础。
2.环境科学领域。
生物化学传感器可以用于环境污染物的检测、监测和治理。
生物化学传感器在医疗诊断中的应用
生物化学传感器在医疗诊断中的应用随着现代医学技术的不断发展，生物化学传感器在医疗诊断中的应用也得到了广泛的关注。
生物化学传感器是一种新型的检测手段，可以实时准确地检测出人体内某些化学物质的含量，为临床医学疾病的检测、治疗和控制提供了极大的便利。
一、生物化学传感器的原理生物化学传感器是一种以生物分子为筛选元件、以物理或化学传感器作为转换器的探测器件。
通过在传感器表面引入生物分子，如酶、抗体、核酸、细菌、细胞等，来捕获需要检测的化学物质。
当化学物质结合到生物分子上时，会引起生物分子的特定反应，导致信号的变化，如电流、电压、光强等发生变化，通过测量这些变化可以精准的检测化学物质的含量。
二、生物化学传感器在医学诊断中的应用生物化学传感器在医学诊断中的应用可以分为两大类：一类是在生物体内运用的体内检测；另一类是在离体、实验室中使用的体外检测。
下面我们就来分别介绍这两种应用。
1、体内检测体内检测是将生物化学传感器直接植入病患体内，实时监测生物体内的某些化学物质的含量。
例如，对于糖尿病患者，可将血糖传感器分离到可植入人体的“传感芯片”上，通过嵌入皮下，可在一个月左右内实时监测病人的血糖含量。
这种方法可以减少病人疼痛，并且检测数据更加准确，避免了日常多次进行小指刺出血检测的情况。
同时，在手术和药物治疗方面，生物化学传感器也具有独特的优势。
例如，在实施手术时，通过将传感器置于手术部位，检测具体组织器官中的化学物质含量，可帮助医生更清晰、准确地制定手术计划；在药物治疗中，通过监测病人体内药物含量的变化，以确定其吸收、代谢及排除情况，从而调整药物的剂量和使用频次，达到更好的治疗效果。
2、体外检测体外检测是指将分离的生物化学传感器放置在体外环境中，通过样品液体中的某种化学物质与生物化学传感器发生反应，进而对其进行检测。
例如，生物化学传感器可以用于临床医学领域中的体液检测，如血液、尿液、脑脊液等，以及药品质量检测、环境监测等方面的应用。
生物学中的生物化学传感器与检测技术
生物学中的生物化学传感器与检测技术生物学是研究生命现象和生命规律的科学，而生物化学则是研究生物体内的化学过程和物质变换的科学。
在生物学中，生物化学传感器和检测技术起着重要的作用。
本文将就生物学中的生物化学传感器和检测技术进行探讨和分析。
一、生物化学传感器的定义与作用生物化学传感器是一种利用生物化学反应进行信号转换和检测的装置。
它通过与生物体的相互作用，能够实时、灵敏地检测特定的生物分子或化学物质。
生物化学传感器广泛应用于医学、环境监测、食品安全等领域，具有成本低、检测速度快、准确性高的特点。
二、生物化学传感器的分类与原理1. 酶传感器酶传感器是利用酶与底物之间的特异性反应进行检测的传感器。
酶传感器常常通过测量酶底物的反应动力学参数，比如氧化还原电位、酶促反应的速率等来实现检测。
酶传感器在临床医学和食品科学等领域有着广泛的应用。
2. 抗体传感器抗体传感器是利用免疫反应原理进行检测的传感器。
它通过免疫反应中抗原和抗体的结合来检测目标物。
抗体传感器具有高选择性和灵敏度的特点，广泛应用于生物医学、生态环境监测等领域。
3. 核酸传感器核酸传感器是利用核酸分子的特异性识别和结合性质进行检测的传感器。
常见的核酸传感器有DNA传感器和RNA传感器。
核酸传感器在基因检测、病原体检测等方面具有重要的应用价值。
三、生物化学传感器的应用1. 医学领域生物化学传感器在医学诊断、药物研发等方面发挥着重要作用。
例如，葡萄糖传感器可以用于血糖监测，血氧传感器可以用于血氧饱和度的测量，这对于疾病的治疗和康复起到关键的作用。
2. 环境监测生物化学传感器在环境污染的监测与治理中具有广泛应用。
例如，利用微生物传感器可以实时监测水体中的有害物质浓度，用于水质污染的预警和处理。
3. 食品安全生物化学传感器可以用于食品中有害物质的检测，包括重金属、农药残留等。
这有助于保障食品安全，保护公众健康。
四、生物化学检测技术的发展趋势随着科技的不断进步，生物化学传感器和检测技术也在不断发展。
化学与生物传感器复习资料.doc
化学与生物传感器复习知识点笔记化学094AA" ——-弟一 ~ 一早1.传感器：指一些能把光，声，力，温度，磁感应强度，化学作用和生物效应等非电学量转化为电学量或转化为具有调控功能的元器件。
由敏感元件和转换元件构成。
2.传感器一般有感受器和换能器构成，信号放大器，数据处理和显示输出常有附属或外部设备承担。
3.化学传感器和生物传感器的最大区别是在于它们的感受器不同。
4.响应时间：从接触样品时算起，输出信号达到平均值的95%所需要的时间。
5.传感器的作用与功能：测量与数据采集，检测与控制作用，整段与检测作用，观测与探测作用6.传感器的分类：物理传感器，化学传感器，生物传感器7.化学传感器：能够将各种化学物质在自然环境中的存在形式定性和定量的转换成有用信号而输出的装置，一般由感受器和换能器组成,感受器是具有化学敏感层的分子识别结构，换能器是可以进行信号转换的的物理传感器装置。
8.生物传感器：是一种特殊的化学传感器，用于描述一类用以监控生命体系或与之相关联的生物基元的器件，以生物活性单元作为敏感基元,能对被测物进行高选择性的识别, 通过各种理化换能器捕捉目标物与敏感基元的作用，然后将作用的程度用离散的或连续的信号表达出来。
9.电化学传感器：是一个电化学池装置，由电解池和电极构成。
10.电解池组成：恒温，除氧，搅拌，电极，溶剂，支持电解质11.三电极：工作电极，参比电极，对极,（辅助电极，一次性电极）12.工作电极：在电化学池中，能反映物质活度（浓度），发生电化学反应或将响应激发信号的电极，常用于电流型换能器；指示电极：一般对于平衡体系或在测量期间主体浓度不发生可察觉的变化的体系，相应的工作电极，常用于电位型换能器；参比电极：在测量过程，其电位基本不发生变化的电极;辅助电极:提供电子传导的场所，与工作电极组成电池，形成于电子通路的电极；13.电位型换能器：检测工作电极与参比电极之间的电位差，采用二电极的方式，其工作电极也称指示电极。
基于GaN场效应晶体管的生物化学传感器研究
基于GaN场效应晶体管的生物化学传感器研究基于GaN场效应晶体管的生物化学传感器研究引言：随着科技的不断进步，生物化学传感器在生命科学和医学领域中的应用得到了广泛关注。
生物化学传感器作为一种能够检测生物体内或周围环境中不同化学物质的设备，具有高灵敏度、快速响应、低成本和易用性的特点。
为了进一步提高传感器的性能和功能，科研人员开始探索新型材料的应用，其中基于GaN（氮化镓）场效应晶体管的传感器引起了广泛的兴趣。
一、GaN场效应晶体管的特点GaN场效应晶体管在生物化学传感器中的应用主要基于该材料的一些特殊性质。
首先，GaN材料具有宽能隙和高结边界电子迁移率，因此具有较高的载流子浓度、较低的电阻率和较高的工作温度。
这使得GaN场效应晶体管能够具有快速的响应速度和较低的噪声特性，提高了生物化学传感器的灵敏度和可靠性。
其次，GaN材料对于生物体内或周围环境中的化学物质具有较好的选择性和灵敏度。
通过表面修饰或功能化处理，可以使GaN材料对目标物质具有更高的亲和力和选择性，从而实现对特定化学物质的准确检测和定量分析。
此外，GaN材料还具有较好的耐化学腐蚀性能，能够在复杂的生物体系中稳定工作。
二、基于GaN场效应晶体管的生物化学传感器设计与制备1. GED封装： GED（Gate Edge Electrolyte-Dielectric）封装是一种常用的GaN场效应晶体管封装方式。
通过在晶体管表面修饰金属电极和选择性膜层，在GaN材料和电解质溶液之间建立界面，实现对化学物质的准确检测。
这种封装方式可以提高传感器的选择性和灵敏度。
2. 生物分子的固定：在GaN材料表面修饰化学反应官能团，如羧基、氨基等，与生物分子（如抗体、蛋白质）进行共价键化学反应，将特定的生物分子固定在GaN材料表面。
这种固定方式可以增强生物分子与目标物质的结合能力，提高传感器的选择性和灵敏度。
3. 电化学测量：将准备好的GaN生物化学传感器与电路连接，并将其置于特定的电解质溶液中。
生物信号的采集和处理技术
生物信号的采集和处理技术随着生命科学的快速发展，人们对于人类身体内部的生物信号也变得越来越关注。
生物信号是人体内部发出的特定频率和振幅的物理信号，通过采集这些信号并进行处理，我们可以更好地了解人体的健康状况和生理状态。
因此，生物信号的采集和处理技术一直是生命科学领域的研究热点之一。
1. 生物信号的采集技术生物信号的采集可以通过传感器实现。
目前，常用的生物传感器主要有以下几类。
1.1 生物电传感器生物电传感器是一种能够测量人体电信号的传感器。
人体内部存在着许多电活动，如心脏的心电信号、肌肉的肌电信号、大脑的脑电信号等。
通过生物电传感器的采集，我们可以测量这些信号并进行分析和研究。
1.2 生物化学传感器生物化学传感器能够测量人体液体中的各种生物化学物质，如血液中的葡萄糖、尿素、尿酸等。
这些传感器的原理是通过选择性的生物化学反应将目标物质转化为可以被检测的信号，如电信号或光信号等。
1.3 生物力学传感器生物力学传感器主要用于测量和分析人体的运动和力学特征。
如人体步态分析用的压电传感器，能实时记录步态的各种参数；离散力平台用于测量人体的静态和动态力学特征。
这些传感器能够为运动医学、康复和体育科学的研究提供可靠的数据支持。
2. 生物信号的处理技术生物信号的采集只是第一步，处理和分析这些信号才是实际应用的关键。
生物信号的处理技术也涉及多个方面。
2.1 信号滤波算法生物信号采集常常会受到干扰。
为了使信号更加准确和可靠，需要对生物信号进行滤波处理。
最常用的信号滤波算法是数字滤波器，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
2.2 特征提取算法对生物信号进行特征提取，可以减少数据量的大小，提高数据分析效率。
如心电信号可以提取心率、心率变化、R峰幅度等特征；脑电信号可以提取频率分布、时间域幅度、相干性等特征。
2.3 数据分析算法数据分析算法可以从生物信号中提取更多的信息。
如脑电信号的小波变换可以提取脑电时域和频域信息，深度学习算法也能够从大量的生物信号数据中挖掘出更多的规律。
生物传感器技术在糖病监测和管理中的应用研究
生物传感器技术在糖病监测和管理中的应用研究生物传感器技术在糖尿病监测和管理中的应用研究近年来，糖尿病已经成为全球范围内的一种严重慢性疾病。
据统计，全球有2.82亿人口患有糖尿病，这一数字还在不断上升。
有效地监测和管理血糖水平对于糖尿病患者非常重要。
而生物传感器技术的出现为糖尿病患者提供了一种便捷、准确的血糖监测和管理方法。
本文将探讨生物传感器技术在糖尿病监测和管理中的应用研究。
一、传统血糖监测方法的不足在过去的几十年里，糖尿病患者通常使用便携式血糖仪来监测自己的血糖水平。
这种方法需要通过采集血液样本，并使用试纸进行检测。
然而，传统方法存在某些不足之处。
首先，使用试纸需要多次、频繁的血液采集，给患者带来一定痛苦和不便。
其次，由于试纸的敏感性和误差，测试结果可能存在一定的误差。
此外，传统方法难以提供连续的、实时的血糖数据，无法准确掌握血糖波动情况。
二、生物传感器技术的优势生物传感器技术是一种新兴的监测和测量技术，通过将生物反应物质与传感器器件结合，可以实现对生物体内各种指标的准确监测。
在糖尿病监测和管理领域，生物传感器技术具有以下优势：1. 高灵敏度与准确性：生物传感器技术能够提供高灵敏度和高准确性的血糖监测数据，可以减少误差，提高测试精度。
2. 实时监测：生物传感器技术能够提供连续、实时的血糖监测数据，让患者能够准确掌握自身血糖波动情况。
3. 非侵入性：相比传统方法，生物传感器技术无需多次血液采集，更加便捷、无痛苦，并且可以降低感染的风险。
三、研究进展和应用案例1. 光学传感器技术：许多研究人员借助光学传感器技术开发了一种基于光反射原理的糖尿病监测方法。
该技术通过检测血液中的葡萄糖浓度与光的吸收和发射特性之间的关系，实现了非侵入式的血糖监测。
2. 生物化学传感器技术：生物化学传感器结合生物催化反应和电化学传感器技术，可以通过电化学信号来检测血糖水平。
这种方法具有高度灵敏性和较好的选择性，能够提供准确的血糖监测结果。
生物医学传感器习题
生物医学传感器习题(总69页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--（这）使（不）用（是）说（重）明（点）1.书本使用《医用传感器》第2版，陈安宁主编。
供生物医学工程、影像学等相关专业使用2.有些题目找的答案与标准答案或有出入，有些题目LZ也没有找到答案，各位您见谅！3.全文“LZ”代表“录主”，不是“楼主”，也不是“劳资”或者“老子”。
4.“【PS：xxxxxxxxxxxx】”：可能为重要备注也可能是LZ瞎BB,请视具体情况取舍。
5.“*************我是分割线*****************”：分割线之前为网络各家资料，分割线之后为亲爱的老师给的“给力”的重点。
6.本文有些地方有照片或者有截图，如果不清楚，请您凑合着看吧！目前照片里的字代表了LZ的最高水平，也请您凑合着看吧！排版水平差，也请您凑合着看吧！7.第1-9章，参考网上部分资料，老师PPT，和学神（我希望是，毕竟不认识，瞎买的书）的复习资料，所以有些照片是他的杰作。
第10章、第11章为另一个亲爱的老师给的题目，没给“重点”至于考不考是另外一回事。
总之，谢谢他们，我只是个欢乐的复习资料搬运工。
8.再次谢谢他们！！！也谢谢您的观看，预祝过过过，都考90分。
但是，你也知道这难度有点大，所以，加油！！！！！第一章绪论1.医用传感器的定义、组成及在医用测量系统中的作用？定义：能感受或响应规定的测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。
生物医学传感器：能将各种被观测的生物医学中的非电量转换为易观测的电学量的一类特殊的电子器件。
医用测量系统中传感器的作用：提供信息、监护、生化检验、自动控制、参与治疗2.传感器定义中“有用信号”的含义是什么为什么通常传感器输出信号形式为电信号反映生命的信息绝大多数属于非电量，其放大和处理是十分困难的。
而医学传感器把生物信号换成电信号，经放大器及预处理器进行信号放大和预处理，然后经A/D 转换器进行采样，将模拟信号转变为数字信号，输入计算机，然后通过各种数字信号处理算法进行信号分析处理，得到有意义的结果。
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三、电化学生物传感器的分类
（根据敏感物质分类）
酶传感器
免疫传感器 组织传感器、细胞传感器等
（一）酶传感器
酶电极电化学电极顶端紧贴一层酶膜
朱建中,周衍.传感器世界.1997,4:1~8
1、酶的固定化技术
惰性载体——物理吸附法 离子载体—交换法 活化载体—共价结合法
物理包埋法
乔丽娜,周在德.化学研究与应用.2005,17(6):299~302
物理吸附法 酶分子通过极性键、氢键、疏水力或π电子相互作用等吸 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 素酯、葡聚糖、琼脂精、聚氯乙烯、聚苯乙烯 已用此法固定化的酶如： 脂肪酶、α－D葡萄糖苷酶、过氧化物酶等 交换法 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。 常用的带有离子交换剂的载体如下： DEAE一纤维素、TEAE一纤维素、 AE—纤维素、CM—纤维素、 DEAE一葡萄糖、肌酸激酶
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。
共价结合法 a .重氮 e.烷基化法 物理包埋法 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 用凝胶包埋法制备的固定化酶如：木瓜蛋白酶、纤维素 酶、乳酸脱氢酶 b.迭氮 c.卤化氰 d.缩合
2、酶传感器应用
（1）葡萄糖传感器
大肠杆菌改良型葡萄糖传感器
Yamamoto K , Shi G . Analyst . 2003 ,128(3):249-54
检测血清中葡萄糖浓度
在普通葡萄糖电极上加一层多功能膜，使测量不 受血液中其它金属离子以及抗坏血酸、尿酸等干 扰物质的影响。 此多功能膜为磷酸胆碱，甲基丙稀酰胺和纤维素 的聚合物。 检测血清中葡萄糖浓度达5-650 mg/dl，响应时间 小于60s，有很好的重现性和稳定性。
May KM, Vogt A.Anal Bioanal Chem. 2005,382(4):1010-6
生物传感器的特点
专一性好，灵敏度高 体积小，可连续的在线、在位、在体监测 响应快、样品用量小，可以反复多次使用 易于实现多组分的同时测定 成本远低于大型分析仪器，便于推广普及
展望
随着一些关键技术的进一步完善，随着人们对生物 体认识的不断深入，随着各学科的不断发展，生物 传感器必将在未来会有更大的作为。
与酶电极比较，细胞电极具有如下优点： 1.酶活性较离析酶高。 2.酶的稳定性增大。 3.材料易于获得。
细胞传感器的应用
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VEGF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。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。
在这种测定方法中有3种必要的试剂： ①固相的抗原或抗体（免疫吸附剂） ②酶标记的抗原或抗体（标记物） ③酶作用的底物（显色剂）
酶联免疫吸附测定法
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。其所生成的颜色深浅与欲测的抗原 （抗体）含量成正比。
Rossier JS, Girault HH. Lab on a Chip. 2001, 1(2)：153 - 157 Tang DP, Yuan R .Anal Biochem. 2004,333(2):345-50
（三）细胞传感器
以动植物细胞作为生物敏感膜的电化学传 感器称为细胞电极，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。
The End Thank You！
Ito Y, Yamazaki S,Biosens Bioelectron.2002 , 17(11-12):993-8
MWCNTs-HRP葡萄糖传感器
施加电压为-300mv时，可避免抗坏血酸、尿酸等 干扰，对葡萄糖在GOD作用下生成的过氧化氢有 高的灵敏度。 MWCNTs和HRP混合物固定在电极上，制成MWCNTsHRP改进型电极。 检测限达1.0 x 10(-7) mol/L,还可在线检测葡 萄糖。
生物化学传感器
电化学生物传感器的基本组成
敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件
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
1、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。
Chen CY , Ishihara K.Biomed Microdevices.1998 , 1(2):155-66
（2）脲电极
Urea + 2H2O
脲 酶
2NH4++2HCO3-
产生的2NH4+为阳离子电极感应。 此外还有： 氨基酸电极
醇电极
尿酸电极 乳酸电极 青霉素电极 亚硝酸离子电极：菠菜亚硝酸还原酶产生NH3
1、双抗体夹心法 此法适用于检验各种蛋白质 等大分子抗原
3、竞争法 竞争法可用于抗原和半抗原的定量 测定，也可用于测定抗体。
2、间接法 间接法是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抗体，故称 为间接法。
酶联免疫吸附测定法临床应用
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。 利用抗原抗体反应前后电位的变化检测B型肝炎 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。
2、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：
①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。 ②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。
MWCNTs-HRP葡萄糖传感器
检测血清中葡萄糖浓度
大肠杆菌改良型葡萄糖传感器
利用大肠杆菌中的葡萄糖脱氢酶(mGDH)对氧分子的不 敏感性而降低干扰。 此传感器把大肠杆菌细胞固定在附有苯醌的石墨电极 上，中间夹有一层透析膜。 检测葡萄糖浓度达0.2-10 mM ，响应时间在2min左右， 此葡萄糖传感器用EDTA处理后可再度使用。