生物传感器(兼容)PPT
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10.1.2 生物传感器的类型
生物传感器可以根据其分子识别元件的敏感物 质分为：酶传感器、微生物传感器、组织传感 器、细胞传感器和免疫传感器。还可以根据换 能器和测声型生物传感器等。生物传感器的分 类如图10-1所示。
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▪
图10-1 生物传感器的基本结构
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生物传感器通常将生物物质固定在高分子膜等 固体载体上，例如酶、微生物组织、动物细胞、 底物、抗原、抗体等，被识别的生物分子作用 于生物功能性人工膜（生物传感器）时，将会 产生生理变化或化学变化，换能器将此信号转 换为电信号，从而检测出待测物质。转换包括 电化学反应、热反应、光反应等，输出为可处 理的电信号。人们把这类固定化的生物物质： 酶、抗原、抗体、激素等，或生物体本身：细 胞、细胞体（器）、组织作为敏感元件的传感 器，称为生物分子传感器或简称生物传感器。
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10.3.2 生物场效应晶体管结构类型
一 生物场效应晶体管有分离型和结合型 二 结合型生物场效应晶体管 三 酶场效应晶体管差分输出
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10.3.3 应用研究实例
1 尿素测定 2 NAD+-NADH测定 3 肌酸酐测定 4 青霉素测定 5 甲醛测定 6 有机磷农药测定 7 活细胞场效应晶体管 8 昆虫触角天线场效应晶体管 9 其他用途
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▪ DNA在固体电极上的固定化方法： ▪ （1）吸附法 ▪ （2）共价键结合法 ▪ （3）自组装膜法
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10.2.3 电化学传感器中的标识物
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
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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。
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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
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。
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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
现代生物检测技术 生物传感器检测技术PPT课件
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生物传感器的基本原理
• 生物传感器是利用生物的因子或生物学原理来检测或计量化合物的装置 • 它通常利用纯化的酶、免疫系统、组织、细胞器或完整细胞作为催化剂, 这些催化剂通常被固定化, 并与物
化仪器相结合使用。物化仪器可监测被分析物质在固定的催化剂作用下所发生的化学变化, 并转换成电信号
生物毒素和农药残留检测
第2页/共15页
生物传感器概述
• 高灵敏度、集成化、微型化、多功能化等是未来用于食品安全检测的生物传感器的发展趋势 • 生物传感器在食品污染物的快速实时及特异性检测方面有着广阔的应用前景
第3页/共15页
生物传感器的基本原理
• 传感器是一种可以获取并处理信息的特殊装置, 如人体的感觉器官就是一套完美的传感系统, 通过眼、耳、 皮肤来感知外界的光、声、温度、压力等物理信息, 通过鼻、舌感知气味和味道这样的化学刺激
第5页/共15页
生物传感器的基本原理
• 生物传感器定义为“ 使用固定化的生物分子(immobilized biomolecules)结合换能器, 用来侦测生体内或 生体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一• 生物传感器由两个主要关键部份构成 • 一为来自于生物体分子、组织部份或个体细胞的分子辨认组件, 这一组件为生物传感器信号接收或产 生部分 • 另一属于硬件仪器组件部份, 主要为物理信号转换组件
第五章 生物传感器检测技术
• 生物传感器概述 • 生物传感器的分类、工作原理及活性物质的固定化 • 生物传感器在食品分析中的应用
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生物传感器概述
• 生物传感器特异性好、分析速度快、成本低, 在食品安全检测领域有着重要的应用价值 • 当前电化学、光学、压电和量热生物传感器在食品安全检测中得到了广泛应用, 包括致病菌、抗生素残留、
生物传感器的基本原理
• 生物传感器是利用生物的因子或生物学原理来检测或计量化合物的装置 • 它通常利用纯化的酶、免疫系统、组织、细胞器或完整细胞作为催化剂, 这些催化剂通常被固定化, 并与物
化仪器相结合使用。物化仪器可监测被分析物质在固定的催化剂作用下所发生的化学变化, 并转换成电信号
生物毒素和农药残留检测
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生物传感器概述
• 高灵敏度、集成化、微型化、多功能化等是未来用于食品安全检测的生物传感器的发展趋势 • 生物传感器在食品污染物的快速实时及特异性检测方面有着广阔的应用前景
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生物传感器的基本原理
• 传感器是一种可以获取并处理信息的特殊装置, 如人体的感觉器官就是一套完美的传感系统, 通过眼、耳、 皮肤来感知外界的光、声、温度、压力等物理信息, 通过鼻、舌感知气味和味道这样的化学刺激
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生物传感器的基本原理
• 生物传感器定义为“ 使用固定化的生物分子(immobilized biomolecules)结合换能器, 用来侦测生体内或 生体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一• 生物传感器由两个主要关键部份构成 • 一为来自于生物体分子、组织部份或个体细胞的分子辨认组件, 这一组件为生物传感器信号接收或产 生部分 • 另一属于硬件仪器组件部份, 主要为物理信号转换组件
第五章 生物传感器检测技术
• 生物传感器概述 • 生物传感器的分类、工作原理及活性物质的固定化 • 生物传感器在食品分析中的应用
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生物传感器概述
• 生物传感器特异性好、分析速度快、成本低, 在食品安全检测领域有着重要的应用价值 • 当前电化学、光学、压电和量热生物传感器在食品安全检测中得到了广泛应用, 包括致病菌、抗生素残留、
第8章-生物传感器PPT课件
2021/7/2
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8.1 生物传感器的工作原理
生物传感器是在基础传感器上再耦合一个生物敏感膜而形成的，生物 功能膜上(或膜中)附着有生物传感器的敏感物质，被测量溶液中待测 定的物质经扩散作用进入生物敏感膜层，经分子识别或发生生物学反 应，其所产生的信息可通过相应的化学或物理原理转变成可定量和可 显示的电信号，通过电信号的分析就可知道被测物质的成分或浓度。
➢ 多功能酶传感器、测定酶活性传感器、半导体酶传感器以及检测难 溶于水的物质的酶传感器正在研究之中。随着基因工程技术的开发，
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使酶传感器的特性会得到进一步的发展。
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葡萄糖传感器
➢葡萄糖是典型的单糖类，是一切生物的良好能源，测定血液中葡萄
糖浓度对糖尿病患者作临床检查是很重要的。葡萄糖传感器是以葡
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➢图8-6为这种免疫传感器的结构原理图。图中2、3两室间有固定化 抗原膜，而1、3两室之间没有固定化抗原膜。正常情况下，1、2室 内电极间无电位差。若3室内注入含有抗体的盐水时，由于抗体和固 定化抗原膜上的抗原相结合，使膜表面吸附了特异的抗体，而抗体是 有电荷的蛋白质，从而使抗原固定化膜带电状态发生变化，因此1、2 室内的电极间有电位差产生。
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图8-1 生物传感器工作原理示意图
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血糖－乳酸测定流程
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体育上耐力训练
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手掌型葡萄糖(glucose)分析仪
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《生物传感器》PPT课件
生物分子识别元件：葡萄糖氧化酶膜 可用的测量量：O2的减少量，葡萄糖酸或H2O2的
产生量
信号转换元件：氧电极，pH电极及H2O2电极
一种葡萄糖传感器-Glucowatch
•Glucose pulled through the skin by charged molecules •The ions migrate to the anode (+) and cathode (-) •Glucose reacts with glucose oxidase to form hydrogen peroxide •The reaction produces an electrochemical measured by the AutoSensor
灵敏。
完整版课件ppt
3
敏感元件：
酶、抗体、核酸、细胞等。
转换器：
电化学电极、光学检测元件、 场效应晶体管、压电石英晶体、 表面等离子共振。
酶 (Enzyme)
抗体(Antibody)
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DNA
4
2. 分类
根据输出信号产生的方式 生物亲和型、代谢型、催化型
根据生物分子识别元件上的敏感物质 酶传感器、组织传感器、微生物传感器、免疫传感器、基 因传感器等
根据信号转化器 电化学生物传感器、半导体生物传感器等
其他分类 被测对象、大小、功能
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6
3. 生物传感器的特点
➢ 高选择性。生物传感器是由选择性好的主 体材料构成的分子一识别元件，因此，一般不 需进行样品的预处理。测定时一般不需另加其 它试剂。
➢ 体积小、可以实现连续在位监测。
➢ 响应快、样品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反复 多次使用。
产生量
信号转换元件：氧电极，pH电极及H2O2电极
一种葡萄糖传感器-Glucowatch
•Glucose pulled through the skin by charged molecules •The ions migrate to the anode (+) and cathode (-) •Glucose reacts with glucose oxidase to form hydrogen peroxide •The reaction produces an electrochemical measured by the AutoSensor
灵敏。
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3
敏感元件：
酶、抗体、核酸、细胞等。
转换器：
电化学电极、光学检测元件、 场效应晶体管、压电石英晶体、 表面等离子共振。
酶 (Enzyme)
抗体(Antibody)
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DNA
4
2. 分类
根据输出信号产生的方式 生物亲和型、代谢型、催化型
根据生物分子识别元件上的敏感物质 酶传感器、组织传感器、微生物传感器、免疫传感器、基 因传感器等
根据信号转化器 电化学生物传感器、半导体生物传感器等
其他分类 被测对象、大小、功能
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6
3. 生物传感器的特点
➢ 高选择性。生物传感器是由选择性好的主 体材料构成的分子一识别元件，因此，一般不 需进行样品的预处理。测定时一般不需另加其 它试剂。
➢ 体积小、可以实现连续在位监测。
➢ 响应快、样品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反复 多次使用。
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
生物传感器详细介绍65页PPT
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
生物传感器详细介绍
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我Байду номын сангаас不知老。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
生物传感器详细介绍
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我Байду номын сангаас不知老。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
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二.传感器的基本概念
1.3.4共价结合法 是生物活性分子通过共价键与不 溶性载体结合而固定的方法。蛋 白质分子中能与载体形成共价键 的基团有游离氨基、羧基、巯基、 酚基和羟基等。有机载体如纤维 素及其衍生物、葡聚糖、琼脂粉、 骨胶原等，无机载体使用较少， 主要有多孔玻璃、石墨等。 根据酶与载体之间的结合形式可 以有重氮法、肽键法、烷化法等， 以重氮法较为多用。 共价结合法多用于酶膜和免疫分 子膜的制作。
滤膜的选择
生物组分
酶
膜孔径
10~300A°
膜类型
超滤膜、透析膜
组织
微生物
0.5~10μm
0.05~10μm
微滤膜
微滤膜
二.传感器的基本概念
1.3.2吸附法 是用非水溶性载体物理吸附或离子结合，使蛋 白质分子固定化的方法。 载体种类繁多，如活性炭、高岭土、羟基石灰 石、铝粉、硅胶、玻璃、胶原、磷酸钙凝胶、 纤维素和离子交换器等。 吸附法主要用于制备酶和免疫膜，吸附过程一 般不需要化学试剂，对蛋白质分子活性影响较 小，使蛋白质分子容易脱落，特别在环境条件 改变时。故常常与其它固定化方法结合使用， 如吸附交联法。
三.生物传感器的基本原理
被分析物扩散进入固定化生物敏感膜层，经分子识别，发生生物学反应， 产生的信息继而被相应的化学换能器或物理换能器转变成可定量和可处理 的电信号，再经二次仪表(检测放大器)放大并输出，便可知道待测物浓度。
三.生物传感器的基本原理
与传统的分析方法相比，生物传感器这种新的检测手段具有如下的优点： ①生物传感器是由选择性好的生物材料构成的分子识别元件，因此一般 不需要样品的预处理，样品中的被测组分的分离和检测同时完成，且 测定时一般不需加入其他试剂； ②由于它的体积小，可以实现连续在线监测； ③响应快，样品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反复多次使 用； ④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。
二.传感器的基本概念
1.3.3包埋法 将酶分子或细胞包埋并固定在高分子聚合 物三维空间网状结构基质中。 包埋法的特点是一般不产生化学修饰，对 生物分子活性影响较小，膜的孔径和几何 形状可任意控制，被包埋物质不易渗漏， 底物分子可以在膜中任意扩散，缺点是分 子量大的底物在凝胶网格内扩散较困难， 因此，不适合大分子底物的测定。
二.传感器的基本概念
1.生物传感器(biosensor)： 是指对生物物质敏感,并
将其浓度转换为电信号进行检
测的仪器。生物传感器的组成 主要分为两个部分：分子识别 元件（生物敏感膜）和换能器 （一次仪表）。
二.传感器的基本概念
1.1分子识别元件 是指固定化的生物敏感材料，是生物传感器的关键元件，直接
二.传感器的基本概念
1.3.5交联法 此法借助双功能试剂使蛋白质 结合到惰性载体或蛋白质分子 彼此交联呈网状结构。 交联法广泛用于酶膜和免疫分 子膜制备，操作简单，结合牢 固，在酶源困难时常常需要加 入数倍酶的惰性蛋白质作为基 质。本法存在的问题是在进行 固定化时需要严格控制pH，一 般在蛋白质的等电点附近操作。 在交联反应中，酶分子不可避 免地会部分失活。
二.传感器的基本概念
1.3生物功能物质的固定化
概念：将具有分子识别能力的生物功能物质，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，称为生物功 能物质的固定化。 常用固定化方法：夹心法（隔离法）、包埋法、吸附法、共价结合法、 交联法、微胶囊法。
二.传感器的基本概念
1.3.1夹心法 是将生物活性材料封闭在双层滤膜之间。依生物材料的不同而选择各 种孔径的滤膜。 尤其适用于微生物和组织膜的制作。商品BOD传感器的膜就是用这种 方法制作的。用于酶膜制作时稳定性较差。
一.生物传感器的发展历史
生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域，它与生物信 息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科一起，处 在生命科学和信息科学的交叉区域。它们的共同特征是：探索和揭示 出生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本规 律，探讨应用于人类经济活动等的基本方法。 生物传感器技术的研究重点是：广泛地应用各种生物活性材料与 传感器的结合，研究和开发具有识别功能的换能器，并成为制造新型 的分析仪器和分析方法的原创技术，研究和开发它们的应用。生物传 感器中应用的生物活性材料对象范围包括：生物大分子、细胞、细胞 器、组织、器官等，以及人工合成的分子印迹聚合物。目前，研究 DNA分子或蛋白质分子的识别技术已形成生物芯片独立学科领域。
生物传感器
魏铭7130070 郑棋月7130069 2014.3.14
目录
一.生物传感器的发展历史 二.生物传感器的基本概念 三.生物传感器的基本原理
四.生物传感器的分类
五.生物传感器在食品工业中的应用 六.生物传感器的发展现状
七.生物传感器的发展趋势和展望
一.生物传感器的发展历史
第一阶段：20世纪60一70年代，为起步阶段，以Clark传统酶电极为代表。 第二阶段：20世纪70年代末期到80年代，大量的学科交叉出现各种不同原理 和技术的生物传感器，尤其80年代中期是生物传感器发展的第一个高潮时期， 其代表之一是介体酶电极，它不仅开辟了酶电子学的新研究方向，还为酶传 感器的商品化奠定了重要基础。 第三阶段：20世纪90年代以后，有两个象征：一是生物传感器的市场开发获 得显著成绩；二是生物亲和传感器的技术突破，以表面等离子体和生物芯片
为代表，成为生物传感器发展的第二个高潮。
一.生物传感器的发展历史
1962年，Clark教授→酶电极 1967年，Updike,Hicks→酶传感器 1975年，C.Divis提出用完整的微生物活细胞取代纯酶制作的传感器 1977年，美国A.Rchnitz研制出检测精氨酸的微生物电极 1979年，A.Rchnitz成功研制出了测定谷氨酰胺的组织传感器 20世纪80年代，牛津出版社《生物传感器：基础与应用》 1990年，在新加坡召开了“首届世界生物传感器学术大会”
决定传感器的功能与质量。依生物敏感膜所选材料不同，其组成可
以是酶、核酸、免疫物质、全细胞、组织、细胞器或它们的不同组 合。
二.传感器的基本概念
1.2换能器 换能器的作用是将各种生物的、化学的和物理的信息转变成电 信号。生物学反应过程产生的信息是多元化的，微电子学和传感技术 的现代成果为检测这些信息提供了丰富的手段，使得研究者在设计生 物传感器时对换能器的选择有足够的回旋余地。 主要的换能器包括氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等。