酶生物传感器

酶生物传感器得应用进展

摘要：酶生物传感器就是将酶作为生物敏感基元,通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间得反应所产生得与目标物浓度成比例关系得可测信号,实现对目标物定量测定得分析仪器。与传统分析方法相比,酶生物传感器具有独特得优点:选择性高、反复多次使用、响应快、体积小、可实现在线监测、成本低，便于推广普及。本文主要论述生物酶传感器得特征、发展及酶传感器中应用得新技术。

关键词：酶生物传感器;进展;应用新技术

1概述

生物传感器(Biosensor)就是一类特殊得化学传感器,通过各种物理、化学型信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间得反应,然后将反应得程度用离散或连续得信号表达出来,从而得出被测物得浓度[1]。自1962年Clark[2]等人提出把酶与电极结合来测定酶底物得设想后，1967年Updike与Hicks[3]研制出世界上第一支葡萄糖氧化酶电极[2]，用于定量检测血清中葡萄糖含量、此后，酶生物传感器引起了各领域科学家得高度重视与广泛研究，得到了迅速发展、

酶生物传感器就是将酶作为生物敏感基元，通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间得反应所产生得与目标物浓度成比例关系得可测信号，实现对目标物定量测定得分析仪器、与传统分析方法相比，酶生物传感辑就是由固定化得生物敏感膜与与之密切结合得换能系统组成，它把固化酶与电化学传感器结合在一起，因而

具有独特得优点：(1)它既有不溶性酶体系得优点，又具有电化学电极得高灵敏度;(2)由于酶得专属反应性，使其具有高得选择性，能够直接在复杂试样中进行测定、因此，酶生物传感器在生物传感器领域中占有非常重要得地位、生物传感器具有多样性、无试剂分析、操作简便、灵敏、快速、价廉、可重复连续使用等特点,已在食品发酵工业、临床医学、环境监测、军事科学等领域展现出十分广阔得应用前景[4-9]。

2酶生物传感器得基本结构

酶生物传感器得基本结构单元就是由物质识别元件(固定化酶膜)与信号转换器(基体电极)组成、当酶膜上发生酶促反应时，产生得电活性物质由基体电极对其响应、基体电极得作用就是使化学信号转变为电信号，从而加以检测，基体电极可采用碳质电极(石噩电板、玻碳电极、碳棚电极)、R电极及相应得修饰电极、

3酶生物传感器得分类

生物传感器按换能方式可分为电化学生物传感器与光化学生物传感器2种。

3、1电化学酶传感器

基于电子媒介体得葡萄糖传感器,具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、寿命长、抗干扰性能好等优点,尤为受到重视。二茂铁由于有不溶于水、氧化还原可逆性好、电子传递速率高等优点,得到了广泛得研究与应用。

目前研究得重点就是防止二茂铁等电子媒介体得流失,从而提高生物传感器得稳定性与寿命。提高传感器稳定性得主要方法就是利用环糊精作为载体,形成主客体结构。如孙康等[10]以β-环糊精与戊二醛缩合而成得聚合物(β-CDP)为主体,电子媒介体二茂铁为客体,形成稳定得包络物,制成了葡萄糖、乳糖生物传感器。再如朱邦尚等[10]以电子媒介体1,1-二甲基二茂铁为客体与β-CDP形成稳定得主客体包络物。

利用二茂铁也可以制成组织传感器。如马全红等[12]以二茂铁为电子媒介体,将含有丰富酪氨酸酶得蘑菇组织肉浆固定在二茂铁(PVC膜)修饰石墨电极上制成酶电极。其对L-酪氨酸得线性响应范围为2、0×10-4～4、5×10-3mol/L,响应时间小于5 min,电极寿命至少30 d,可用于实际样品分析。

提高传感器稳定性得另一种方法就是在电极表面覆盖一层Nafion 膜。如贾能勤等[13]以基于丝网印刷技术制作得碳糊电极为基底电极,用二茂铁为电子媒介体,Nafion修饰厚膜碳糊电极制成了葡萄糖传感器。Nafion膜既可以防止二茂铁得流失,又可以防止抗坏血酸、尿酸得干扰,具有防污能力。该传感器得检测上限可达18 mmol/L,响应时间小于60s。

二茂铁及其衍生物对抗坏血酸具有催化作用,易受抗坏血酸得干扰。而N-甲基吩嗪则可以消除抗坏血酸等得干扰。李海虹等[14]通过交联方式将辣根过氧化物酶(HRP)固定在Eastman-AQ—N-甲基吩嗪修饰电极上,制成过氧化氢生物传感器。将它与GOD与半乳糖苷酶结合,

制成双酶与三酶体系得生物传感器,用于葡萄糖与乳糖得测定。王朝瑾[15]利用N-甲基吩嗪作为媒介体,通过牛血清白蛋白与戊二醛使其结合到玻碳电极上制成了HRP生物传感器。该酶电极对H2O2有良好得响应,对H2O2得线性范围为1×10-6～5×10-4mol/L,检出限为10-7mol/L,响应时间小于10 s。

锇配合物也就是一种有效得电子媒介体。龚毅等[16]研究了锇-聚乙烯吲哚[Os(bpy)2(PVI)10Cl]Cl配位聚合物与Nafion双层膜修饰玻碳电极得电化学特性,该膜对肾上腺素得电化学氧化有催化作用,对肾

上腺素得线性范围为1、0×10-6～8、6×10-5mol/L,相关系数为0、9987。

此外,常用得媒介体还有苯醌、对苯二酚与甲苯胺兰等。

3、2光化学酶传感器

宋正华等将具有分子识别功能得β-葡萄糖甙酶与能进行换能反应得Luminol分别固定在壳质胺与大孔阴离子交换剂得柱中,组成流动注射系统。苦杏仁甙在β-葡萄糖甙酶催化下分解生成得CN-(分子识别反应)与溶解氧反应生

成超氧阴离子自由基,继而同Luminol反应产生化学反应(换能反应)。这一新型生物传感器得化学发光强度与苦杏仁甙量在1～200μg之间呈良好线性关系,检出限为0、3μg,相对标准偏差为3、1%,并具有良好选择性。李瑛等首次以碳糊为固定化载体,将GOD固定在碳糊电极上,制成了光导纤维电化学发光葡萄糖生物传感器。葡萄糖得酶催化反应、鲁米诺得电化学氧化与化学发光反应可以在电极表面同

时发生。该传感器制作简单,响应时间仅为10 s,线性范围宽,葡萄糖浓度在1、0×10-5～2、0×10-2mol/L范围内与发光强度呈线性关系,检出限为6、4×10-6mol/L,可应用于市售饮料中葡萄糖得测定。

4酶生物传感器得工作原理

当酶电极漫入被测溶液，待测底物进入酶层得内部并参与反应，大部分酶反应都会产生或消耗一种可植电极测定得物质，当反应达到稳态时，电话性物质得浓度可以通过电位或电流模式进行测定、因此，酶生物传、器可分为电位型与电流型两类传感器、电位型传感辑就是指酶电极与参比电极间输出得电位信号，它与被测物质之间服从能斯特关系、而电流型传感器就是以酶促反应所引起得物质量得变化转变成电流信号输出，输出电流大小直接与底物浓度有关、电流型传、器与电位型传感器相比较具有更简单、直观得效果、

5酶生物传感器得发展

5、1第一代酶生物传感器

第一代酶生物传感器就是以氧为中继体得电催化。缺点就是：(1)响应信号与氧分压或溶解氧关系较大，溶解氧得变化可能引起电极响应得波动；

(2)由于氧得糟解度有限，当溶解氧贫乏时，难以对高含量底物进行测定；

(3)当由酶促反应产生得过氧化氢以足够高得浓度存在时，可能会使很多酶去活化；

(4)需采用较正得电位，抗坏血酸与尿酸等电活性物质也会披氧化，