生物传感器PPT 4..
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13生物传感器PPT课件
Outline：
生物传感器概念 生物传感器类 生物传感器结构和原理 生物传感器的信号转换器 微生物传感器 生物传感器应用领域
第1页/共111页
一、what is biosensor?
1、概述
传感器是一种信息获取与处理的装置。 对物质成分传 感的器件就是化学传感器，它是一种小型化的、能专一和可 逆地对某种化学成分进行应答反应的器件，并能产生与该成 分浓度成比例的可测信号。
第21页/共111页
1.2 基本电化学信号测量技术
• （1）电位信号测量方法 对于一个选择性膜电极，当其他外界
条件固定时，膜电位与溶液中待测离子 活度（或浓度）的对数值呈线性关系， 即符合能斯特关系式。由于单个电极电 位值是无法测量的，通常将待测电极与 一个参比电极组成一个电池，测量其电 位差值。采用的参比电极处理可使用标 准氢电极外常常使用甘汞电极和银-氯化 银电极（结第22构页/共如11下1页 图）。
第11页/共111页
生物传感器分类示意图
酶传感器 固定化酶
微生物传感器
固定化微生物 生物分子 固定化抗体 免疫传感器 识别元件
固定化寡链核苷酸
生物组织切片
基因传感器
组织传感器
生物传感器按生物分子识别元件敏感物质分类
第12页/共111页
3、根据生物传感器的信号转化器 分：
电化学生物传感器 （bioelectrode） 半导体生物传感器 （semiconductbiosensor） 测热型生物传感 （calorimetricbiosensor） 测光型生物传感器 （opticalbiosensor） 压电晶体生物传感器 （piezoelectricbiosensor）
1. Pt阳极 2. 聚四氟乙烯膜（作用） 3. 固相酶膜 4. 半透膜多孔层 5. 半透膜致密层
生物传感器概念 生物传感器类 生物传感器结构和原理 生物传感器的信号转换器 微生物传感器 生物传感器应用领域
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一、what is biosensor?
1、概述
传感器是一种信息获取与处理的装置。 对物质成分传 感的器件就是化学传感器，它是一种小型化的、能专一和可 逆地对某种化学成分进行应答反应的器件，并能产生与该成 分浓度成比例的可测信号。
第21页/共111页
1.2 基本电化学信号测量技术
• （1）电位信号测量方法 对于一个选择性膜电极，当其他外界
条件固定时，膜电位与溶液中待测离子 活度（或浓度）的对数值呈线性关系， 即符合能斯特关系式。由于单个电极电 位值是无法测量的，通常将待测电极与 一个参比电极组成一个电池，测量其电 位差值。采用的参比电极处理可使用标 准氢电极外常常使用甘汞电极和银-氯化 银电极（结第22构页/共如11下1页 图）。
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生物传感器分类示意图
酶传感器 固定化酶
微生物传感器
固定化微生物 生物分子 固定化抗体 免疫传感器 识别元件
固定化寡链核苷酸
生物组织切片
基因传感器
组织传感器
生物传感器按生物分子识别元件敏感物质分类
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3、根据生物传感器的信号转化器 分：
电化学生物传感器 （bioelectrode） 半导体生物传感器 （semiconductbiosensor） 测热型生物传感 （calorimetricbiosensor） 测光型生物传感器 （opticalbiosensor） 压电晶体生物传感器 （piezoelectricbiosensor）
1. Pt阳极 2. 聚四氟乙烯膜（作用） 3. 固相酶膜 4. 半透膜多孔层 5. 半透膜致密层
第二讲生物传感器ppt课件
✓ 分析成本远低于大型分析仪器， 度的影响。 便于推广普及；
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
Ⅳ 生物传感器的发展历程
BIOSENSORS
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 提出了生物传感器（酶传感器）的原理。
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：
BIOSENSORS
✓ 1967年Updike和 Hicks将葡萄糖氧化酶固定在氧电极表面， 研制成功酶电极，被认为是世界上第一个生物传感器，开创 了生物传感器的历史。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。
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：
BI9年，美国YSI公司(维赛仪器公司) ，血糖测试用
酵素电极。
② 1988年，美国Medisense公司（1996年，雅培）， 电化学法血糖仪-- ExactechPen ，袭卷70%以上的第
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
Ⅴ 国内外得到应用的生物传感器：
测定水质的BOD（biochemical oxygen demand） 分析仪，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BOD分析仪
《生物传感器》课件
2
研究热点和挑战
纳米技术、生物信息学和人工智能等领域的发展，将会推动生物传感器的研究和 创新。
3
广阔前景
生物传感器在医疗保健、环境保护、食品安全等方面的应用前景广阔，将为人类 健康和生活质量带来积极影响。
总结和展望
优势与比较
生物传感器相较于其他类型传感器的优势，为其在各个领域的广泛应用提供了巨大潜力。
生物传感器的工作原理和分类决定了其在不同领域中的应用方式和效果。
构成和组成元素
了解生物传感器的构成和组成元素对于实现更高的灵敏度和选择性至关重要。
主要技术
生物传感器中的主要技术，如纳米材料和生物分子探测技术，环境监测
生物传感器在水质、空气污染等环境监测中的应用，有助于实时监测和保护我们 的生态环境。
《生物传感器》PPT课件
生物传感器是一种用于检测、测量和监测生物过程的先进技术。了解生物传 感器的概念、原理和应用将对我们的日常生活和科学研究产生重要影响。
引言
生物传感器的概念和应用以及生物传感器的种类和分类。了解生物传感器的基础知识是深入研究其原理和应用 的关键。
生物传感器的原理和构成
工作原理
2
医学检测
通过生物传感器，可以实现早期疾病诊断、药物监测等医学检测的快速和准确。
3
食品安全
生物传感器在食品安全领域的应用，能够检测有害物质和食品质量，保障消费者 的健康。
生物传感器的发展趋势
1
未来发展方向
生物传感器将越来越普遍应用于生命科学研究、医疗诊断、环境监测等领域，为 人类带来更多的机会和挑战。
发展现状和前途
了解生物传感器的发展现状，并为未来的研究和应用提供展望。
研究与发展
进一步深入研究和开发生物传感器，将推动其在科学研究和工程应用中的创新和突破。
电化学生物传感器PPT课件
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。
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第7页/共器 免疫传感器 组织传感器
（根据敏感物质分类）
细胞传感器 DNA传感器
……
第8页/共21页
（一）酶传感器
• 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。
第16页/共21页
（三）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。
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。
1
2
优点：酶活与性酶较电极酶相的比稳定
离析酶高 性增大
3
材料易于 获得
第17页/共21页
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。
第18页/共21页
四.生物传感器的展望
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。
第6页/共21页
第7页/共器 免疫传感器 组织传感器
（根据敏感物质分类）
细胞传感器 DNA传感器
……
第8页/共21页
（一）酶传感器
• 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。
第16页/共21页
（三）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。
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。
1
2
优点：酶活与性酶较电极酶相的比稳定
离析酶高 性增大
3
材料易于 获得
第17页/共21页
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。
第18页/共21页
四.生物传感器的展望
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。
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100.4
2.74
3.02
工作小结
提供了一种好的硼酸氧化方法，该方法不仅操作简单而且展示出
了令人满意的分析性能，如高灵敏性、好的选择性以及宽的线性范 围；
该方法测得的过氧化氢和尿酸氧化电位较低，因此有很好的抗干
扰性；
可以进行实时检测，并得到好的回收率；
创新点
1
酶与硼酸氧化方法的结合
2
操作方法的合理设计
实验内容
在本实验中利用硼酸氧化方法以对羟基苯酚为识别探针间接检测 过氧化氢、尿酸及尿酸酶。
结果与讨论
1. 对羟基苯硼酸的循环伏安图
pH的增大， 对羟基苯 酚的氧化 还原电位 同时发生 负移，且 成一定的 线性关系
2.过氧化氢的检测
其线性范围为： 1.0 μmol/L~1.0 mmol/L， 线性回归方程为： I(μA) = 0.2714+0.01122c (μmol/L)，R为0.999 (n=6), LOD= 3.1×10−7mol/L (S/N = 3)
专一性好、分析速度快
微型化、操作简单 实用性强、成本低
Langmuir. 2004, 20, 7303-7307
论文选题
H2O2能 将芳基硼 酸类物质 氧化成酚 类，是一 种很好的 识别探针
H2O2在 生命系统 中非常重 要当其不 规律时会 引起许多 疾病
尿酸和乙 醇的检测 非常重要 ，血液和 尿液中含 量的改变 都会引起 疾病
其标准曲线线性范围为 1.0 μmol/L~500μmol/L， R为0.998（n=8），信 噪比为3时其最低检测 限为0.30 μmol/L
在缓冲溶液中包含对羟基苯硼酸和2 U/mL UOx 以及不同浓度的UA： (a) 1，(b) 5，(c) 10，(d) 50 ，(e) 100，(f) 200，以及 (g) 500 μmol/L的循环伏安曲线。扫速：50 mV/s。
领域
化学 传感器 生物 传感器
领域
生命 科学
军事领域
信息 科学
医学领域
Anal. Chem. 2010, 82, 2448–2455 Chemistry Letters.2008, 37,230-235 ACSNANO. 2011, 5, 2385–2391
多样性、特异性
生物 传感器 优点
选择性好、灵敏度高
a）缓冲溶液中包含b）对羟基苯硼酸, c） 对羟基苯硼酸和抗坏血酸，d）对羟基苯硼酸和尿酸和 尿酸酶, d）对羟基苯硼酸和尿酸和尿酸酶和抗坏血酸的电流-时间曲线图。
实用性
正常人血清尿酸含量：0.3 mmol/L-0.5 mmol/L UOx 和对 羟基苯硼 酸作为稀 释液 未处理过 的血浆分 别稀释 100、50 和25倍 计算尿酸 含量的平 均值为0.43 mmol/L 经计算 可得回 收率及 RSD
中国科学院长春应用化学研究所博士毕业答辩
基于硼化方法构建新型生物传感 器
目 录
1
研究背景
2 3 4
论文选题 实验内容 下步工作计划
研究背景
生物传感器在电化学分析中是一种重要的分析器件，它利用高选择 性的生物活性物质（如酶、细胞组织、DNA 、有机分子等）作为生 物识别元件，将物质之间反应产生的信号转变为可输出间断或连续 的化学信号、电信号等，进而达到直接或间接分析检测和监控的目 食品分析 环境监测 的。
表1-1 采用硼酸氧化方法检测所稀释的人体血清中尿加入的含量 测量的含量 （µ mol/L） （µ mol/L） （µ mol/L）
回收率
（%）
相对标准偏 差RSD（%）
1
5.14
25
30.64
102
3.17
2
3
9.26
12.52
120
250
129.54
263.53
100.2
3
实际应用
后期工作
采用硼酸氧化方法与化学修饰技术相结合； 利用纳米材料与酶组装检测乙醇的含量；
通过一系列对比性实验对所修饰的电极进行CV测定；
整理数据，撰写论文。
感谢答辩委员会 各位老师的光临指导!
3.尿酸酶活性的电化学检测
在缓冲溶液中包含对羟基苯硼酸和UA以及逐渐增大 的UOx的浓度 a) 0，b) 0.005，c) 0.01，d) 0.05，e) 0.1， f) 0.5，g) 1.0，
4.尿酸的电化学检测
a) 缓冲溶液，b) 在缓冲溶液和0.5 mmol/L 对羟基苯硼酸以及UOx，c) 缓冲溶液和对羟基苯硼酸 以及UOx含有UA溶液的循环伏安曲线。
2.74
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工作小结
提供了一种好的硼酸氧化方法，该方法不仅操作简单而且展示出
了令人满意的分析性能，如高灵敏性、好的选择性以及宽的线性范 围；
该方法测得的过氧化氢和尿酸氧化电位较低，因此有很好的抗干
扰性；
可以进行实时检测，并得到好的回收率；
创新点
1
酶与硼酸氧化方法的结合
2
操作方法的合理设计
实验内容
在本实验中利用硼酸氧化方法以对羟基苯酚为识别探针间接检测 过氧化氢、尿酸及尿酸酶。
结果与讨论
1. 对羟基苯硼酸的循环伏安图
pH的增大， 对羟基苯 酚的氧化 还原电位 同时发生 负移，且 成一定的 线性关系
2.过氧化氢的检测
其线性范围为： 1.0 μmol/L~1.0 mmol/L， 线性回归方程为： I(μA) = 0.2714+0.01122c (μmol/L)，R为0.999 (n=6), LOD= 3.1×10−7mol/L (S/N = 3)
专一性好、分析速度快
微型化、操作简单 实用性强、成本低
Langmuir. 2004, 20, 7303-7307
论文选题
H2O2能 将芳基硼 酸类物质 氧化成酚 类，是一 种很好的 识别探针
H2O2在 生命系统 中非常重 要当其不 规律时会 引起许多 疾病
尿酸和乙 醇的检测 非常重要 ，血液和 尿液中含 量的改变 都会引起 疾病
其标准曲线线性范围为 1.0 μmol/L~500μmol/L， R为0.998（n=8），信 噪比为3时其最低检测 限为0.30 μmol/L
在缓冲溶液中包含对羟基苯硼酸和2 U/mL UOx 以及不同浓度的UA： (a) 1，(b) 5，(c) 10，(d) 50 ，(e) 100，(f) 200，以及 (g) 500 μmol/L的循环伏安曲线。扫速：50 mV/s。
领域
化学 传感器 生物 传感器
领域
生命 科学
军事领域
信息 科学
医学领域
Anal. Chem. 2010, 82, 2448–2455 Chemistry Letters.2008, 37,230-235 ACSNANO. 2011, 5, 2385–2391
多样性、特异性
生物 传感器 优点
选择性好、灵敏度高
a）缓冲溶液中包含b）对羟基苯硼酸, c） 对羟基苯硼酸和抗坏血酸，d）对羟基苯硼酸和尿酸和 尿酸酶, d）对羟基苯硼酸和尿酸和尿酸酶和抗坏血酸的电流-时间曲线图。
实用性
正常人血清尿酸含量：0.3 mmol/L-0.5 mmol/L UOx 和对 羟基苯硼 酸作为稀 释液 未处理过 的血浆分 别稀释 100、50 和25倍 计算尿酸 含量的平 均值为0.43 mmol/L 经计算 可得回 收率及 RSD
中国科学院长春应用化学研究所博士毕业答辩
基于硼化方法构建新型生物传感 器
目 录
1
研究背景
2 3 4
论文选题 实验内容 下步工作计划
研究背景
生物传感器在电化学分析中是一种重要的分析器件，它利用高选择 性的生物活性物质（如酶、细胞组织、DNA 、有机分子等）作为生 物识别元件，将物质之间反应产生的信号转变为可输出间断或连续 的化学信号、电信号等，进而达到直接或间接分析检测和监控的目 食品分析 环境监测 的。
表1-1 采用硼酸氧化方法检测所稀释的人体血清中尿加入的含量 测量的含量 （µ mol/L） （µ mol/L） （µ mol/L）
回收率
（%）
相对标准偏 差RSD（%）
1
5.14
25
30.64
102
3.17
2
3
9.26
12.52
120
250
129.54
263.53
100.2
3
实际应用
后期工作
采用硼酸氧化方法与化学修饰技术相结合； 利用纳米材料与酶组装检测乙醇的含量；
通过一系列对比性实验对所修饰的电极进行CV测定；
整理数据，撰写论文。
感谢答辩委员会 各位老师的光临指导!
3.尿酸酶活性的电化学检测
在缓冲溶液中包含对羟基苯硼酸和UA以及逐渐增大 的UOx的浓度 a) 0，b) 0.005，c) 0.01，d) 0.05，e) 0.1， f) 0.5，g) 1.0，
4.尿酸的电化学检测
a) 缓冲溶液，b) 在缓冲溶液和0.5 mmol/L 对羟基苯硼酸以及UOx，c) 缓冲溶液和对羟基苯硼酸 以及UOx含有UA溶液的循环伏安曲线。