新型电流生物传感器的研制

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新型传感器的原理、应用与发展

新型传感器的原理、应用与发展

新型传感器的原理、应用与发展(南昌大学,南昌,330031)The principle and application of new sensors(Nanchang University, Nanchang 330031, China)摘要:现代新型传感器由于具有测量精度高、动态响应快、稳定性好、抗干扰能力强、易于小型和微型化、方便与微机进行接口等优点,在温度、压力、电压、转速等检测中有着广阔应用前景。

本文简要的介绍了几种现代新型传感器的基本原理和它们在信号检测、汽车、船舶等方面的应用,以及新型传感器的发展前景。

关键词:新型传感器;原理;应用;发展前景Abstract:Modern new sensor with high measurement precision has many advantages, such as fast dynamic response、good stability、strong anti-interference ability,、easy to small and miniaturization, and its` easy to connect with microcomputer.It has a broad application prospect in the ways of temperature、pressure、voltage and speed detection. This paper briefly introduces several basic principle of modern new sensors and their applications in signal detection, automotive, Marine applications,and the prospects of the development of new sensors.Key words:new type sensor;principle;application;prospects of the development 1前言传感器是一种把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件,其实质是一种功能块,其作用是将来自外界的各种信号转换为电信号。

生物电化学传感器的研制和应用

生物电化学传感器的研制和应用

生物电化学传感器的研制和应用生物电化学传感器是一种将生物元件与电化学传感技术相结合的新型传感器,采用生物体系的选择性和电化学检测的灵敏度,可用于病原菌、重金属、有机物等生物或环境污染物的监测、分析和检测。

一、生物电化学传感器的原理生物电化学传感器主要由三个部分组成:1)生物识别元件;2)传输电子的中介物; 3)电化学检测元件。

生物识别元件是传感器的核心部分,它具有高度选择性和敏感性,能够与特定的分子相互作用。

传输电子的中介物可以将生物识别元件与电化学检测元件连接起来,起到传递生物反应电子的作用。

电化学检测元件通常是电极,可以测定反应电子的峰值电流或峰值电势,进而推断出待测分子的浓度。

二、生物电化学传感器的几种类型生物电化学传感器可以根据生物识别元件的不同类型分为几个类别:1)酶传感器:利用酶特异性催化作用识别和检测,广泛应用于血糖、尿酸等生物分子的检测。

2)抗体传感器:通过反应物与抗体结合,检测分子的存在。

常用于病原菌、肿瘤标志物等生物分子的检测。

3)DNA传感器:利用DNA的互补配对原理,检测DNA分子的存在。

可广泛用于微生物、生物参考物质等的检测。

三、生物电化学传感器的应用生物电化学传感器在环境监测、医药领域、食品安全等方面有了广泛应用。

1)环境监测:生物电化学传感器用于重金属、有机污染物、氧化还原势等环境污染检测,具有高度灵敏性、选择性和可重复性等特点,相比于传统分析方法具有更好的优势。

2)医药领域:生物电化学传感器被广泛应用于临床科研,用于检测血糖、药物浓度等生物分子,具有快速、准确、便捷等特性。

3)食品安全:生物电化学传感器用于食品中致病菌、毒素等成分的检测,对保证食品安全起到了重要作用。

此外,生物电化学传感器还可用于饮料、酒类等制品的检测。

四、生物电化学传感器的发展趋势生物电化学传感器的发展趋势主要体现在以下几个方面:1)设计更多的生物识别元件,拓展传感器的应用范围和检测目标。

2)研究高灵敏度、高稳定性的传输电子介质,提高传感器的检测性能。

生物传感器的制备及应用

生物传感器的制备及应用

生物传感器的制备及应用[摘要]生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术。

因其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、在复杂的体系中进行在线连续监测,特别是它的高度自动化、微型化与集成化的特点,从最先提出生物传感器的设想至今,其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。

在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景。

特别是分子生物学与微电子学、光电子学、微细加工技术及纳米技术等新学科、新技术结合,正改变着传统医学、环境科学动植物学的面貌。

[关键词]生物传感器应用纳米材料一、生物传感器的原理生物传感器主要是由生物识别和信号分析两部分组成的生物识别部分是由具有分子识别能力的生物敏感识别元件构成,包括细胞、生物素、酶、抗体及核酸等[1]。

信号分析部分通常又叫做换能器,它们的工作原理一般是根据物质电化学、光学、质量、热量、磁性等。

物理化学性质将被分析物与生物识别元件之间反应的信号转变成易检测、量化的另一种信号,比如电信号、焚光信号等,再经过信号读取设备的转换过程,最终得到可以对分析物进行定性或定量检测的数据。

生物传感器识别和检测待测物的一般反应过程为:首先,待测物分子与识别元素接触;然后,识别元素把待测物分子从样品中分离出来;接着,转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号;最后,使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换,将输出信号转化为可识别的信号。

生物传感器的各个部分包括分析装置、仪器和系统也由此构成。

生物传感器中的识别元素决定了传感器的特异性,是生物定性识别的决定因素;识别元素与待测分子的亲合力,以及换能器和检测仪表的精密度,在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应速度。

二、生物传感器的分类根据所用换能器和监测物理量、化学量和生物量可分为电化学生物传感器[2]、光学生物传感器[3]和压电生物传感器[4]等。

我国电化学生物传感器的研究进展

我国电化学生物传感器的研究进展

我国电化学生物传感器的研究进展刘艳【摘要】介绍电化学生物传感器的基本原理及分类;阐述电化学生物传感器的发展历程;综述近三年来电化学生物传感器中研究最为广泛的电流型生物传感器的应用.【期刊名称】《重庆科技学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2010(012)006【总页数】3页(P153-155)【关键词】电化学;生物传感器;非特异性吸附;蛋白质吸附【作者】刘艳【作者单位】长江师范学院,重庆,408100【正文语种】中文【中图分类】O652在生命科学研究和医学临床检验中,需对各种各样的生物大分子进行选择性测定。

据统计,全世界每年要进行数亿次免疫学和遗传学病理检验。

常用的检验小型化分析装置和检测方法,成为目前现代分析化学研究领域的前沿课题。

1962年,Clark提出将生物和传感器联用的设想,并制得一种新型分析装置“酶电极”。

这为生命科学打开一扇新的大门,酶电极也成为发展最早的一类生物传感器。

生物传感器结合具有分子识别作用的生物体成分 (酶、微生物、动植物组织切片、抗原和抗体、核酸)或生物体本身 (细胞、细胞器、组织)作为敏感元件与理化换能器,能产生间断的或连续的信号,信号强度与被分析物浓度成比例。

电化学生物传感器是将生物活性材料(敏感元件)与电化学换能器(即电化学电极)结合起来组成的生物传感器。

当前,电化学生物传感器技术已在环境监测、临床检验、食品和药物分析、生化分析[2-4]等研究中有着广泛的应用。

本文在此综述电化学生物传感器的工作原理、分类及几个当今研究的热点。

电化学生物传感器是将生物活性材料(敏感元件)与电化学换能器(即电化学电极)结合起来组成的生物传感器。

当电化学池中溶液的化学成分变化时,电极上流过的电流或电极表面与溶液的电势差会随之发生变化,这样通过测定电流或电势的变化就可以获取溶液成分或相应的化学反应的变化信息。

电化学生物传感器是在上述电化学传感器原理的基础上,以具有生物活性的物质作为识别元件,通过特定反应使被测成分消耗或产生相应化学计量数的电活性物质,从而将被测成分的浓度或活度变化转换成与其相关的电活性物质的浓度变化,并通过电极获取电流或电位信息,最后实现特定物质的检测。

电化学生物传感器

电化学生物传感器

目录1. 电化学生物传感器简介 (2)1.1 电化学生物传感器的原理 (2)1.2 电化学生物传感器的发展 (3)2.电化学生物传感器分类.... 错误!未定义书签。

2.1电化学免疫传感器 .......................................... 错误!未定义书签。

2.2电化学适体传感器 (5)2.3电化学DNA传感器 (5)3.信号放大技术在电化学生物传感器中的应用错误!未定义书签。

3.1酶催化信号放大技术在电化学生物传感器中的应用错误!未定义书签。

3.2纳米粒子信号放大技术在电化学生物传感器中的应用3.3 链式反应信号放大技术在电化学生物传感器中的应用4. 电化学生物传感器研究新进展 (8)参考文献及英文摘要与关键词. 错误!未定义书签。

电化学生物传感器的研究摘要本文介绍了电化学生物传感器的发展状况和最新研究方向,综述了近年来电化学生物传感器检测技术的原理和分类,以及信号放大策略在电化学生物传感器中的应用,并概括了电化学生物传感器检测技术的新进展。

关键词电化学生物传感器免疫适体 DNA 信号放大电化学生物传感器(Electrochemical biosensor)是将生物活性物质如酶、抗原/抗体、DNA、适体等作为分子识别物质固定在电极上,以电化学信号为检测信号的分析器件。

电化学生物传感器以其选择性好、灵敏度高、响应快、操作简便、可实现在线、活体分析等特点,在分析化学的研究中起着越来越重要的地位,已广泛用于生命科学、环境分析、药物分析等领域。

1.电化学生物传感器简介1.1 电化学生物传感器的原理电化学生物传感器是指由生物体成分(酶、抗原、抗体、激素等)或生物体本身(细胞、细胞器、组织等)作为敏感元件,电极(固体电极、离子选择性电极、气敏电极等)作为转换元件,以电势或电流为特征检测信号的传感器。

其原理结构[9]如下图 1 所示。

图1 电化学生物传感器的基本构成示意图1.2 电化学生物传感器的发展电化学生物传感器的应用广范,它已经渗透到医药领域、食品卫生、环境检测等生活实践中去,只要应用有:细茵及病毒感染类疾病诊断[24],基因诊断[25,26],药物分析[27],DNA 损伤研究[28]等。

传感器技术文献综述

传感器技术文献综述

传感器技术文献综述摘要:传感器技术是综合多种学科的复合型技术,是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术.本文通过将所看的传感器相关文献总分为传感器、智能传感器以及无线传感器网络三个类别,对每一类别进行综述,分析每类别传感器研究中所存在的不足,探讨了相应的解决方案。

关键词:传感器1.引言传感器技术是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术,是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术以及模糊控制理论等多种学科的综合性技术,而该技术也广泛应用到了军事、太空探索、智能家居、农业、医疗等领域。

在伴随着“信息时代”的到来,作为获取信息的重要手段——传感器技术得到飞速发展,其应用领域越来越广,人们对其要求越要越高,需求也越来越迫切。

但传感器技术的广泛应用以及飞速发展并不代表着该技术已经成熟,相反在很多方面它还只是一项新兴的技术,依然存在很多的问题等待我们去解决。

如何能够让我们的传感器装置很快的适应周围的环境,迅速准确的处理传输客户所需求的信号,并可以根据客户的要求作出相应的反应以及如何可以尽量的延长传感器装置的生存时间等等.这些问题都是我们在研究传感器技术的过程中所应该解决的问题。

2.传感器传感器是一种物理装置,能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、温度、湿度等)或化学组成,并将探知到的信息传递给其他装置。

该装置相当我们的人类的眼睛、鼻子、舌头、耳朵以及皮肤等一些感知器官。

这样,精确快速地感受外界的信号就是迅速正确作出反应实施行动的前提条件。

现在的物理传感器、生物传感器都是力图解决感知、精确以及快速这三个难题。

例如文献[1]中的气体流量监测就有很多种的感知方法,但每种方法都存在着精确以及反应速率方面的问题,所以还需要不断的改进。

然而,有很多的问题大自然已经很好的为我们解决了,我们应该取其精华。

因此,我认为仿生传感器一定会解决很多传感器方面的问题.文献[2]就模仿沙漠蚂蚁利用太阳偏振光在沙漠中很好的辨别方向机理设计了偏振测角传感器。

新生物传感器

新生物传感器

石墨 烯 晶体 管开 关
据美 国物 理 学 家 组 织 网报 道 ,美 国科 学家 使用 世 界 上最 纤 薄 的材 料—— 石 墨烯 求 管道 的 宽 度 小 于 1 O纳 米 ,要 么需 要 在
研制 出一种晶体管 ,新 晶体管拥有创纪录 的开关性 能,将开 关频率提 高 了 10 0 0多 倍 ,这使 得其 可 以广 泛应 用 于 未来 的 电子 设备和计算机中 ,使其功 能更强 ,性 能更 优异 。 美国南安普敦大学纳米研究小组 的扎 卡里 亚 ・ 卡塔 德 博 士将 石 墨 烯设 置 成 二 摩 维 的蜂巢结构 ,并由此研发出了该石墨烯 场效 应 晶 体 管 ( F T ) G E s ,该 晶 体 管 拥 有 个 独特 的管道 结 构 ,相 关 研究 发表 在 《 电子快报》杂志上。 摩 卡 塔德 表示 ,硅 互 补金 属 氧 化 物 半 导 体 ( MO ) 的 尺 寸 不 断 缩 减 ,正 在 逼 C S 近 其 极 限 ,因 此 需 要 找 到 合 适 的替 代 物 , 而在电子领域 ,石墨烯有望取代硅 ,至少 能同硅集成在一起使用 ,但石 墨烯 固有的 物理特性使其很难切断 电流。该纳米研究 小组的主任希罗斯 ・ 米祖塔说 : “ 全球有 很多科学家在殚精竭虑地进行研究 ,试图 切断 G E s F T 的管道 , 目 的方法要么要 但 前
教授拉乌尔科 ・ 佩尔曼表示 ,新 的生物传 感 器可 以加快 对 细 菌 性感 染 的 治 疗 。 医生 利用这种技术不需要再等待数天后 的培养 结 果 ,只要几 分钟 就 能知 道 哪种 抗 菌 素 是 最好的治疗药物。此外 ,这种新 的生物传 感 器还 可 以筛选 现 有 及新 发 现 化合 物 的抗 菌活性 ,改 善治 疗 疗 效 ,进 而降低 医疗 成 本 ,减少耐药性 的传播。另外 ,利用新技 术 还可 以检 测癌 症 细 胞 的反 应 ,因此 未 来 也 可应用 于癌症药 物 的研双层石墨烯层上垂直施加超高 的电压 ,这 使 得通 过这 些方 法 得 到 的开 关 频 率都 无 法 达到实 际应 用需 要 的标 准 。 ” 摩 卡塔 德研 究 发 现 ,通 过 在 双层 石 墨 烯纳米线中引入几何形状 ( 比如弯管和边 角等) ,可以有效地切断 电流 。米祖塔表 示 ,摩卡塔德研制出的晶体管将开关频率 提 高 了 lo oO多倍 。 该校 电子和计算机科 学系主任 哈维 ・ 鲁 特表示 : “ 是 一 个 重 要 的 突 破 ,其 对 这 下一代计算机 、通讯 和电子设 备的研发具 有重要意义 ,借此 ,我们 可以超越 目前 已 有 的 C S技术 ,研 发 出更加 高级 的 晶体 MO 管 。将几 何形 状 引 入石 墨 烯管 道 内是 一 个 新 想法 ,该 方法在 让 G E s 持 结 构 简单 FT 保 的同时获得卓越 的性能 ,因此 ,可 以很容 易实现商业化生产 。 ” 摩卡 塔 德 现 正 在 进 行 更 进 一 步 的 研 究 ,以了解致使电流在该石墨烯 晶体管管 道 内停止 流 动 的机 制 。

电化学生物传感器原理、发展趋势及应用

电化学生物传感器原理、发展趋势及应用

电化学生物传感器原理、发展趋势及应用一、电化学生物传感器的检测原理电化学生物传感器(electrochemical biosensor)是指由生物材料作为敏感元件,电极(固体电极、离子选择性电极、气敏电极等)作为转换元件,以电势或电流的变化为特征检测信号的传感器,简称生物电极。

这类传感器发展最早,研究内容十分丰富,并已经得到广泛应用。

电流型传感器主要基于探测生物识别膜或化学反应中的电活性物质,通过固定工作电极的电位提供电活性的电子转移反应驱动力,探测电流随时间的变化。

该电流直接反映了生物分子识别和电子转移反应的速度,即该电流与待测物质的浓度成正比。

电位型传感器将生物识别反应转换为电位信号,该信号与生物识别反应过程中产生或消耗的活性物质浓度对数成正比,从而与待测物质浓度的对数成正比。

电位型离子选择电极的选择性渗透离子导电膜可设计成与待测离子相关的产生电位信号的敏感膜,测试在电流为零的条件下进行。

根据作为敏感元件所用生物材料的不同,电化学生物传感器分为酶电极传感器、微生物电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学DNA传感器等。

电化学生物传感器具有以下特点:1.适合于对生物体液中的物质活度测定的需要,响应直观,通过计算机联用,可直接读出待测生物物质的浓度或活度。

2.由于其具有分子识别的功能和高选择性,在许多测定中,样品无需复杂处理,操作简便,易于自动化监测,可连续监测患者的血液物质浓度。

3.测定速度快电讯号的输出和测定响应快速,通过与计算机的接口还可进行多成分同时测定。

4.试样用量少可以将敏感探头微型化,只需微升级样品即可完成分析。

如有的K+、Ca2+、Cl-、Na+及CO2分析仪仅需50μl样品,每小时可测100个样品,这为临床检验缩短检测周期提供了条件。

5.可对体内物质直接和动态测量。

将微小探头埋在体内或留置于血管中,可以指示体内物质的变化,有利于床旁或现场检测。

6.灵敏度高例如AFP免疫电极可测定10-8~10-10 g/ml的浓度。

生物传感器的研制及应用研究的开题报告

生物传感器的研制及应用研究的开题报告

无线磁弹性化学/生物传感器的研制及应用研究的开题报告一、研究背景传感器是指能够将被测参数(物理量或化学参数)转换成可以便于检测和处理的电信号输出的器件。

传感器以其无损性、高灵敏度、小体积和可靠性等优点而在生物医学、环境监测、农业和食品安全等领域得到广泛应用。

其中,磁弹性化学/生物传感器被广泛应用于环境污染监测、生物医学诊断等领域,具有检测速度快、检测精度高的优点。

传感器目前发展的瓶颈主要在于传感器信号的传输问题,其中,有线传输方式面临着数据传输受限、移动性差等问题,而无线传输方案则面临着如信号传输不稳定、功耗过多等问题。

基于此,研究一种具有无线传输、低功耗、高稳定性和高灵敏度的磁弹性化学/生物传感器,对提高传感器的性能和应用价值具有重要的意义。

二、研究内容与目标1、研究磁弹性传感器的原理,并设计一种结构紧凑、灵敏度高、抗干扰能力强的磁弹性传感器。

2、研究无线传输技术,探索一种低功耗、高稳定性的无线传输方案,并将其应用于磁弹性传感器中,实现传感器信号的无线传输。

3、研究化学/生物传感器的制备方法,并制备出具有较好性能的化学/生物传感器。

4、将磁弹性传感器和化学/生物传感器结合起来,构建出磁弹性化学/生物传感器。

并进行相应的应用研究,探索其在环境污染检测和生物医学诊断等方面的应用价值。

三、论文框架和进度安排1、绪论(预计完成时间:1周):介绍磁弹性化学/生物传感器的研究背景、意义和发展现状,并提出本文的研究内容和目标。

2、传感器原理及设计(预计完成时间:2周):对磁弹性传感器的原理进行分析,提出一种灵敏度高、抗干扰能力强的磁弹性传感器设计方案。

3、无线传输技术研究(预计完成时间:2周):介绍常见的无线传输方案,重点研究一种低功耗、高稳定性的无线传输方案,并探索其在磁弹性传感器中的应用。

4、传感器的制备和实验验证(预计完成时间:5周):制备具有优良性能的化学/生物传感器并进行实验验证,将磁弹性传感器和化学/生物传感器结合并进行性能测试。

生物传感器的研究进展综述

生物传感器的研究进展综述

传感器与微系统(T ransducer and M icrosystem T echnolog i es)2006年第25卷第9期生物传感器的研究进展综述陈玲(河北经贸大学信息技术学院,河北石家庄050061)摘要:生物传感器是以固定化的生物成分(如,酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原)或生物体本身(如,细胞、微生物、组织等)为敏感材料,与适当的化学换能器相结合,用于快速检测物理、化学、生物量的新型器件。

最初,以酶电极的生物传感器开始,逐渐扩展到多种技术,如,离子敏场效应管、光纤、声表面波、石英晶体谐振器及表面等离子体谐振技术将生物传感器的发展推向一个新的阶段。

生物传感器在环境监测、医学研究、食品工业、发酵工业等领域已得到广泛应用。

关键词:生物传感器;敏感材料;换能器中图分类号:TP212.3文献标识码:A文章编号:1000-9787(2006)09-0004-04Survey of bi ose nsors researc h progressC HEN L i n g(College of Infor mat i on T echnologies,H eb ei Un iversity of Econo m ics&Business,Sh iji azhuang050061,Ch i na)Abstract:B i osensor is a nove l dev i ce,w hich use i m m obilized b i omo lecu l es(enzym e,pro te i n,DNA,anti body,anti g en)and organ is m s(ce lls,m icro-organ i s m,tissue)as sensitive m a teria,l t oge t her w it h che m ica l transducer,i tcan be used to detect var i ables of physics,che m i stry and b i ophysics.M any ne w techno log i es a re he l p f u l t ob i osenso r deve lop,such as field effect trans i stor(FET),fibe r optics tuber(FO S),surface aud i o w ave(S AW),qua rtz crystal resonator(QCR),surface plas mon resonce(SPR).B i o senso rs are broad l y used i n zymos i s i ndustry,env i ron m ent m on itor,food mon it o r and c li nic m edic i ne.K ey word s:b i osensor;sens i ng m ater i a;l transducer0引言[1]生物传感器是多学科综合交叉的一门技术,在科学研究、工业生产乃至人们的生活中起着很重要的作用。

纳米电化学生物传感器

纳米电化学生物传感器

纳米电化学生物传感器一、本文概述本文旨在深入探讨纳米电化学生物传感器的基本原理、最新进展以及应用前景。

纳米电化学生物传感器结合了纳米技术、电化学分析和生物识别等多个领域的知识,通过纳米材料独特的物理化学性质以及生物分子的高特异性识别能力,实现了对生物分子、离子、小分子等目标分析物的超灵敏、高选择性检测。

文章首先简要介绍纳米电化学生物传感器的基本概念和分类,然后重点论述其设计原理、制备方法以及性能优化策略。

接着,综述纳米电化学生物传感器在生物医学、环境监测、食品安全等领域的应用实例和最新研究成果。

对纳米电化学生物传感器面临的挑战和未来的发展趋势进行展望,以期为推动该领域的研究与应用提供参考和借鉴。

二、纳米电化学生物传感器的基本原理纳米电化学生物传感器是一种结合了纳米技术、电化学技术和生物识别技术的先进传感器。

其基本原理主要基于纳米材料优异的电学、光学和化学性质,以及生物分子特异性识别的能力,通过电化学转换实现对生物分子的高灵敏、高选择性检测。

纳米材料作为传感器的核心部分,具有大的比表面积、高电导率、良好的生物相容性等特性。

这些特性使得纳米材料在生物传感器中能够提供良好的电子传递通道,增强生物分子与电极之间的电子交换效率,从而提高传感器的灵敏度和响应速度。

生物识别分子,如酶、抗体、核酸等,通过化学键合或自组装等方式固定在纳米材料表面,形成生物识别层。

这些生物识别分子能够特异性地识别目标生物分子,如蛋白质、DNA、细胞等,实现生物分子的捕获和识别。

当目标生物分子与生物识别层发生特异性结合时,会引起纳米材料表面电荷、电位或电导率等电化学性质的变化。

这些变化通过电化学工作站等检测设备进行监测和测量,从而实现对目标生物分子的定性和定量检测。

纳米电化学生物传感器的基本原理涉及纳米材料、电化学和生物识别等多个领域的知识,是一个多学科交叉的研究领域。

随着纳米技术和生物技术的不断发展,纳米电化学生物传感器在生物医学、环境监测、食品安全等领域的应用前景将越来越广阔。

电化学生物传感器的研究与应用现状

电化学生物传感器的研究与应用现状

电化学生物传感器的研究与应用现状一、绪论电化学传感技术是一种基于电化学现象的分析方法,通过检测电化学反应的电流、电压或电容等参数,实现对目标物质的快速、灵敏、选择性检测和定量分析。

生物传感器是基于一定的生物识别元件,将生物反应与电化学传感技术相结合而构成的一种新型的化学传感器。

电化学生物传感器利用生物识别分子对生物样品中的多种成分进行特异的识别和分析,同时实现了检测过程中对样品的非破坏性、实时在线监测,已经成为目前研究的热点之一。

二、电化学生物传感器的分类电化学生物传感器按照生物识别元件的类型,可以分为酶传感器、抗体传感器和核酸传感器等。

其中,酶传感器是使用酶作为生物识别元件的电化学生物传感器,可以测定一大类生物分子,如葡萄糖、乳酸、胆碱等,具有高灵敏度、高特异性和实时监测的特点,已经应用于食品安全、环境监测、医学诊断等领域;抗体传感器是使用特异性抗体作为生物识别元件的电化学生物传感器,具有高选择性和快速响应的特点,主要用于监测大分子生物分子,如蛋白质、病原体等;核酸传感器是使用具有特殊结构的DNA或RNA分子作为生物识别元件的电化学生物传感器,具有高特异性、高选择性、高灵敏度和易于制备的特点,可用于检测基因突变等。

三、电化学生物传感器的工作原理电化学生物传感器基于生物识别分子识别目标分子的特异性和反应活性,将生物反应产生的电化学信号转化为目标分子浓度的定量关系,其工作流程主要分为三个方面:第一步是生物识别分子与目标分子的特异性识别反应,该反应通常在电极表面发生,并伴随着一系列复杂的电化学反应,如电荷转移、质子转移、氧化还原等等;第二步是生物反应所产生的电化学信号转化成检测信号,这个过程需要借助电化学传感技术,如传统的循环伏安法、方波伏安法、交流阻抗法等方法;第三步是将检测到的电化学信号转化成目标分子的浓度,这个过程需要借助标准曲线等方法,通过分析信号强度与目标分子浓度之间的函数关系,实现对目标分子浓度的定量分析。

生物传感器的发展及其在生物医学中的应用

生物传感器的发展及其在生物医学中的应用
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 的一种 装 置 ” 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
1 9 6 2年 C l a r k和 L v o n s首次把 嫁 接酶 法和 离 子 敏 感 氧 电极技 术 结合 . 创 制 了测 定 葡 萄糖 含量 的酶 电极 . 开创 了生 物 传感 器 的先 河 5年后 U p d i k e和 H i c k s 制 成 了 固定化 酶 电极— — 这 是生 物 传感 器 的 首 次 问世 7 0年 代相继 f 1 I 现 了 电流型 和 电位 型微 生
计. 目前 正 在蓬 勃 发展 的 用场 效应 晶体管 或化 学 修
饰 电极作 为 基 础 电极 的研究 . 必 将 导 致新 型生 物传
感 器 的出现 3 生物传 感器 的发展 简 史
生物传感器定义为 “ 使 用 固定 化 的生 物 分 子
f i m mo b i l i z e d b i o m o l e c u l e s ) 结合换能器 , 用 来 侦 测 生
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 。因此 , 如何已
生 化方 法 分离 、 纯 化甚 或 设计 合成 特 定 的生 物 活性 分子f b i o l o g i c a l a c t i v e m a t e r i a l s ) . 结 合 精确 而且 响 应
动植 物学 的面貌 生物 传感 器 的研 究 开发 . 已成 为

生物传感器的研究现状及应用

生物传感器的研究现状及应用

生物传感器的研究现状及应用生物传感器?这个熟悉但又概念模糊的名词最近不断出现在媒体报道上,生物传感器相关的研究项目陆续获得巨额的研究资助,显示出越来越受重视的前景。

要掌握生命科学研究的前研信息,争取好的研究课题和资金,你怎能不了解生物传感器?让我们来看看生物通最近的一些报道:英国纽卡斯尔大学科学家研发了可用于检测肿瘤蛋白以及耐药性MASA细菌的微型生物传感器。

该系统利用一个回旋装置来检测,类似导航系统和气袋的原理。

振荡晶片的大小类似于一颗尘埃尺寸,有望可使医生诊断和监测常见类型的肿瘤,获得最佳治疗方案。

该装置可以鉴定肿瘤标志物-蛋白以及其它肿瘤细胞产生的丰度不同的生物分子。

该小组下一步目标是把检测系统做成一个手持式系统,更加快速方便地检测组织样品。

欧共体已经拨款1200万欧元资金给该小组,以使该技术进一步完善。

苏格兰Intermediary Technology Institutes计划投资1亿2千万英镑发展“生物传感器平台(Biosensor Platform)”——一种治疗诊断技术。

作为将诊断和治疗疾病结合在一起的新兴疗法,能够在诊断的同时,提出适合不同病人的治疗方案,可以降低疾病诊断和医学临床的费用与复杂性,同时具备提供疾病发展和药品疗效成果的能力。

目前该技术已被使用在某些乳癌的治疗上,只需在事前做些特殊的测试,即可根据结果决定适合的疗程。

这个技术更被医学界视为未来疾病疗程的主流。

来自加州大学洛杉矶分校的研究者使用GeneFluidics开发的新型生物传感器来鉴定引起感染的特定革兰氏阴性菌,该结果表明利用微型电化学传感器芯片已经可以用于人临床样本的细菌检查。

GeneFluidics' 16-sensor上的芯片包被了UCLA设计的特异的遗传探针。

临床样本直接加到芯片上,然后其电化学信号被多通道阅读器获取。

根据传感器上信号的变化来判断尿路感染的细菌种类。

从样品收集到结果仅需45分钟。

生物传感器设计制备及其检测方法

生物传感器设计制备及其检测方法

生物传感器设计制备及其检测方法生物传感器是一种能够将生物分子与电子传导功能结合的设备,可以用于检测、定量和监测生物分子。

其广泛应用于医学诊断、食品安全、环境监测等领域。

本文将介绍生物传感器的设计制备过程,以及常用的检测方法。

生物传感器的设计制备需要考虑以下几个关键步骤:传感元件的选择、生物元件的固定、信号转换和输出。

首先,传感元件的选择是关键步骤之一。

这意味着我们需要评估不同类型的传感元件,并根据我们的需求选择合适的元件。

常见的传感元件包括半导体材料、金属纳米颗粒和碳纳米管等。

其次,生物元件的固定是生物传感器设计中的另一个重要步骤。

生物元件可以通过物理吸附、共价修饰和交联等方法固定在传感元件表面。

这可以保持生物元件的活性,并使其能够与待测样品中的生物分子相互作用。

接下来,信号转换是将生物元件与电子传导功能结合的关键步骤。

常见的信号转换方法包括电化学传感、光学传感和电子传感等。

其中,电化学传感是最常用的方法之一。

它基于生物分子与电极表面的相互作用,在电化学反应中产生可测量的电流或电势信号。

最后,输出是生物传感器设计中的最后一个关键步骤。

一旦信号转换完成,我们需要将结果以可读、可记录或可处理的形式输出。

常见的输出方法包括计算机监控、便携式仪器和移动应用程序等。

在生物传感器的检测方法方面,有几种常用的方法。

首先,免疫传感器是一种常用的检测方法。

它基于抗体与特定生物分子(例如蛋白质、细菌等)的高度选择性结合。

这种方法可以用于疾病诊断、药物检测和环境监测等领域。

其次,DNA传感器是一种用于检测DNA序列的方法。

它基于DNA的互补配对原理,通过与待测样品中的目标DNA特异性结合来实现检测。

DNA传感器可以用于基因检测、病原体检测和基因工程领域等。

另外,生物传感器还可以通过酶或菌的活性来实现对底物的检测。

这种方法被称为酶传感器或细菌传感器。

它们可以检测底物的浓度、活性或毒性等。

这种方法广泛应用于食品安全、环境检测和生物燃料领域等。

电化学DNA生物传感器的制备及应用

电化学DNA生物传感器的制备及应用

电化学DNA生物传感器的制备及应用摘要:电化学DNA 传感器具有选择性好、灵敏度高、消耗低及简便易用等优点,能够对特征 DNA 序列进行快速准确的测定,因此电化学 DNA 传感器在食品安全检测、医学诊断和环境监测等领域都有广阔的应用前景。

Due to the high sensitivity,good selectivity and low cost for the detection ofspecific single-stranded DNA (ssDNA) sequences at low concentration,electrochemical DNA biosensor can be used in many fields including medical diagnosis,biological engineering,environmental protection and so on.1电化学DNA生物传感器简介脱氧核糖核酸(DNA)是染色体的主要组成部分,也是遗传信息的载体,具有储存和传递信息的能力。

电化学 DNA 传感器具有检测快速、制作简单、灵敏度高以及选择性好等特点,已被广泛应用于医学诊断、法医鉴定、环境监测及食品安全检验等领域[1]。

DNA电化学生物传感器的工作原理是将DNA探针作为敏感元件固定在固体玻碳电极表面,加入具有电活性的物质(如亚甲基蓝MB)作为杂交指示剂,通过检测修饰电极在待测溶液中电化学信号强弱的变化,以确定靶DNA序列的排列;或者将待测基因片段固定在电极表面,然后与溶液中的已标定杂交指示剂的DNA探针进行杂交,来检测待测基因序列。

根据指示剂的电化学信号与目标序列浓度之间的线性关系,可以对特定DNA序列进行定量检测[2]。

2电化学DNA生物传感器的制备电化学DNA传感器制备包括以下四个过程[3]: DNA探针的固定,即要将单链DNA固定到电极表面,形成DNA探针修饰电极。

新型电化学传感器的研制与应用

新型电化学传感器的研制与应用

新型电化学传感器的研制与应用随着科技的进步和人们对环境质量的关注日益增加,电化学传感器的研发和应用越来越重要。

电化学传感器是利用电化学的原理来探测分析物质的一种传感器。

与传统的传感器相比,电化学传感器具有响应速度快、探测灵敏度高、选择性强、成本低等优点,因此已被广泛应用于空气、水质、生物医学和食品安全等领域。

本文将重点介绍新型电化学传感器的研制和应用。

一、电化学传感器的分类电化学传感器通常分为金属电极、半导体电极、氧化还原电极和生物电极四类。

其中金属电极和半导体电极主要用于气体和液体中离子的检测,氧化还原电极用于检测氧化还原反应过程中产生的电流,生物电极用于检测生物体内某些物质的浓度变化。

二、新型电化学传感器的研究1. 纳米电极纳米电极是一种具有微小尺寸的电极,通常是指电极的直径在1-100纳米之间的电极。

纳米电极具有表面积大、电极响应速度快、灵敏度高等特点,因此可以应用于生物医学和环境检测等领域。

近年来,研究人员已经成功制备出具有高响应速度和灵敏度的纳米电极,并应用于重金属、有机物等污染物的检测中。

2. 生物传感器生物传感器是利用生物材料作为传感器敏感元件,通过生物物质与目标污染物之间的作用产生信号的传感器。

常用的生物材料有酶、细胞、抗体等。

生物传感器具有选择性强、检测灵敏度高等优点,可应用于生物医学和食品安全领域。

目前,研究人员已经成功制备出利用生物材料作为敏感元件的电化学传感器,并应用于生物医学和环境检测等领域。

3. 电化学发光传感器电化学发光传感器是利用化学发光反应来检测化学物质的一种传感器。

该传感器具有灵敏度高、响应速度快、选择性强等优点,可以应用于环境污染物的检测和生物医学领域。

现已经研制出多种基于电化学发光原理的传感器,如萤石发光传感器、荧光修饰电极传感器等。

三、新型电化学传感器的应用1. 环境检测电化学传感器可以应用于大气、水域、土壤和废气中污染物的检测。

例如,利用电化学沉积技术,可以制备出具有高灵敏度、高选择性的金属氧化物电极,用于检测含重金属的水体中的浓度。

新型电流生物传感器的研制

新型电流生物传感器的研制

[ 2] 张建梅. 有机锡化合物的形态分析方法进展 [ A] . 通州师范学
院学报, 2005( 26) : 65~69. [ 3] 秦晓光等. 天然水体中有机锡的富集分离方法 [ A] . 海洋环境
科学, 2001( 20) : 60 66.
[ 4] 刘俊亭. 新一代萃取分离技术
固相微萃取[ J ] . 色谱
传统上 人们常用人造电子媒介体如二茂铁及其衍生物 有机染料 醌类 四硫富瓦烯等参与电化学生物传感器的制备以 提高传感器的灵敏度和完善传感器的响应性能 最近 有报道Os ( bpy) 2C1+/ 2+ Ru( bpy) 等作为电子媒介体时 低的检测电位能
有效的消除其他物质的干扰 因此 本实验室合成了高氯酸
H- 6 00 透射电子显微镜 辣根过氧化物酶 30 %的 H2O2 聚 乙烯醇缩丁醛 P VB , 2 2 ' - 吡啶, Ag NO3 , Na BH4 其他试剂如 C6H5Na 3O7 2 H2O, KH2PO4, Na 2HPO4, H2O2 等 均为分析纯试剂 实验用水为二次蒸馏水 所有的测试溶液都至 少通 N25 分钟
辣根过氧化物酶能催化四种反应 如氧化反应 还原反 应 歧化反应 羟基化反应 因此辣根过氧化物酶最常用来制 作生物传感器的酶 固酶技术和固酶材料是影响酶电极的一个关 键因素 常用的固酶技术包括电沉积 交联 自组装 导电 和不导电聚合膜 凝胶一溶胶 最近 也有相当多的文献报道 在制备酶电极时金溶胶 银溶胶 二氧化硅和粘土等无机材料 被用作固酶基质 这是研制酶电极的一个趋势
中图分类号 TP2 1
文献 标识 码 A
文章编号 1004- 0862( 2007) 05( a ) - 0006- 02
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开发与创新化工之友 2007.NO.09(3)优化方案三适用场合:要求灵敏度较高的定量检测采用方法:固相微萃取+反相色谱或离子对色谱+原子吸收光谱对于有机锡含量较少,对灵敏度要求较高的检测样本。

固相微萃取能比较有效地减少富集过程中的损耗,而反相色谱和离子对色谱的应用也是基于此考虑。

原子吸收光谱的适用考虑同前不再赘述。

(4)优化方案四适用场合:要求对有机锡形态做出具体判断采用方法:固相微萃取+气相色谱—质谱联用+其他有机官能团结构检测手段有机锡的有机官能团(R)可以进行一些有机的常规检测,如红外光谱等。

对R与Sn的结合状态,因为R-Sn易断裂则需要采用质谱发结合其他谱图的数据进行推断。

考虑色谱—质谱的仪器较为常用。

因此利用色谱质谱联用合并完成分裂和检验步骤是可行的。

通过各有机R官能团分子量,与分子离子峰m/z的对照解析。

参考文献[1] 胡冠九有机锡化合物的性质、环境污染来源及测定方法.[A].环境监测管理与技术,2000(12):14 ̄16.[2] 张建梅.有机锡化合物的形态分析方法进展 [A].通州师范学院学报,2005(26):65 ̄69.[3] 秦晓光等.天然水体中有机锡的富集分离方法 [A].海洋环境科学,2001(20):60~66.[4] 刘俊亭.新一代萃取分离技术———固相微萃取[J].色谱,1997,15(3):118-119.[5] 袁玲玲.工业 品及环境中的有机锡的分析方法的研究[D].青岛:中国海洋大学,2006.[6] 江桂斌.气相色谱-表面发射火焰光度检测法测定有机锡和有机锗化合物 [A].环境化学.1997(16):103 ̄107.[7] 杨传孝等.双硫腙分光光度法测定水样中的三苯基锡[A].华侨大学学报(自然科学版),2005(26):141 ̄144.[8] 徐福正等.锡与有机锡的分光光度法研究[A].光谱实验室,1999(16):247 ̄250.[9] 何滨等.涂锆石墨管石墨炉原子吸收法测定水样中的有机锡和无机锡[A].光谱学与光谱分析,1999(19):718 ̄720.[10] 臧树良等.增敏溶出伏安法测定防污漆中的有机锡含量. [A].辽宁大学学报(自然科学版),2004(3):199 ̄205.DNA传感器是当今生物传感器中的前沿性研究课题,加强对DNA传感器的研究和应用开发具有重要的科学意义和应用价值。

我国开展DNA传感器的研究有10年左右的时间,目前已进入实质性研究工作阶段,如石英晶体DNA传感器的研究。

但大部分应用研究还停留在实验阶段,要真正进入实际应用领域,还需要在提高特异性、防止假阳性等方面继续探索。

要以提高检测灵敏度,缩短响应时间为重点,加强DNA传感器的可靠性、稳定性和实用性研究。

辣根过氧化物酶能催化四种反应,如氧化反应、还原反应、歧化反应、羟基化反应,因此辣根过氧化物酶最常用来制作生物传感器的酶。

固酶技术和固酶材料是影响酶电极的一个关键因素。

常用的固酶技术包括电沉积、交联、自组装、导电和不导电聚合膜、凝胶一溶胶。

最近,也有相当多的文献报道在制备酶电极时金溶胶、银溶胶、二氧化硅和粘土等无机材料被用作固酶基质,这是研制酶电极的一个趋势。

传统上,人们常用人造电子媒介体如二茂铁及其衍生物、有机染料、醌类、四硫富瓦烯等参与电化学生物传感器的制备以提高传感器的灵敏度和完善传感器的响应性能。

最近,有报道Os(bpy)2C1+/2+、Ru(bpy)等作为电子媒介体时,低的检测电位能有效的消除其他物质的干扰。

因此,本实验室合成了高氯酸・三-2,2,—联吡啶合钴(Ⅲ)作为电子媒介体与纳米银结合用于过氧化氢传感器的研究。

实验结果证明,这一新型生物传感器不仅克服以往同类传感器的缺点,而且还展示了良好的电化学性能,所以,可以认为我们的工作为制备有使用价值的过氧化氢生物传感器提供了可供参考的实验依据。

1 仪器与试剂CHI660A电化学工作站,CS 501-SP型超级数显恒温器,H-600透射电子显微镜,辣根过氧化物酶,30%的H2O2,聚乙烯醇缩丁醛(PVB), 2:2'-吡啶, AgNO3, NaBH4。

其他试剂如C6H5Na3O7・2H2O, KH2PO4, Na2HPO4, H2O2等均为分析纯试剂,实验用水为二次蒸馏水。

所有的测试溶液都至少通N25分钟。

2 实验的准备银溶胶的制备:采用化学溶胶法,利用硝酸银(AgNO3)与硼氢化钠(NaBH4)溶液反应制成纳米银胶体,另外,将直径为1 mm的铂丝电极作为基础电极,用金相砂纸将其抛光,再用1:1的新型电流生物传感器的研制耿树志(天津工业大学材化学院 300160)摘 要:由于生物传感器在临床、环境、食品等领域具有广阔的应用前景,近年来发展迅速。

本论文从采用新型的电子媒介体和在电极表面电聚合电子媒介体对安培酶电极进行了研究。

关键词:生物传感器 辣根过氧化物酶 电子媒介体中图分类号:TP21文献标识码:A文章编号:1004-0862(2007)05(a)-0006-02FRIEND OF CHEMICAL INDUSTRY6开发与创新 2007.NO.09 化工之友图1图2表1硝酸煮沸5min,经二次水洗净后在二次水中煮沸,待铂丝冷却后用滤纸擦净,然后将其分别在丙酮、二次水中超声,擦干待用。

3 试验采用三电极装置:饱和甘汞电极为参比电极,铂丝电极为对电极,辣根过氧化物酶电极为工作电极。

在4m1 pH 6.2浓度为0.1M的KH2PO4-Na2HPO4缓冲液(含0.1 mol/L KCl作为支持电解质),温度控制为25士0.2℃的条件下进行循环伏安测试。

电位扫描速率为50mV/s,扫描电位范围为-0.2一+0.3V(vsSCE)。

记录3m Co(bpy)33+直接加入到过氧化氢溶液中的循环伏安图,根据还原峰电流值与过氧化氢浓度成正比进行定量测定。

3.1 电极组装过程的交流阻抗特征从图1中可以看出,当裸铂电极在0.2mM的[Fe(CN)6]4-/3-中基本上没什么阻抗(a),但是如果PVB涂在电极表面后,阻抗明显增大(b),这可能是PVB在电极表面形成了一层不导电的膜阻碍了电子的传递。

如果再将辣根过氧化物酶固定在电极表面后,阻抗减小了,其可能的原因是辣根过氧化物酶自身有氧化还原的能力使阻抗减小也说明了辣根过氧化物酶成功的固定在了电极表面,最后将纳米银固定在电极表面上后,阻抗又减小,这也说明纳米银成功的固定在了电极表面,因为纳米银能有效的传递电子使阻抗减小。

3.2 以Co(bpy)33+为电子媒介体的过氧化氢传感器的测定机理如图2所示酶电极在不同条件下的循环伏安图。

a是酶修饰的电极在含有3mM Co(bpy)33+(pH6.0)的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安图。

此时溶液中没有过氧化氢,只有Co(bpy)33+在电极上发生氧化还原反应产生的氧化还原峰。

在加入0.5 mMH2O2溶液后,氧化峰明显减小而还原峰明显增加(b)。

对比有无过氧化氢的循环伏安图可知,溶液中的Co(bpy)33+和PVB膜中的纳米银颗粒能在电极表面与固定于银胶基质的辣根过氧化物酶的氧化还原中心之间有效地传递电子。

3.3 实验条件的选择在含有0.5mM H2o2and 3mM Co(bpy)33+溶液中(25士0.2℃)测量不同pH值下响应值的变化。

选择了pH为6.0,此时电极的氧化峰电位比较稳定,电流值比较稳定。

酶的活性也与温度有直接关系,在15℃—55℃范围内考虑了葡萄糖响应值与温度的关系,发现在这一范围内,传感器均能体现良好的检测性能而在45℃时达到最大值,但同时考虑到电极灵敏度和使用寿命,测定时底液温度选择在25土0.2℃。

3.4 抗干扰性检测对表1中可能产生干扰的物质进行分析, 实验表明这六种物质对传感器没显著影响,这符合传感器在0 mV的低工作电位下,干扰物质不易发生化学反应。

4 总结与讨论本实验以建立高灵敏的酶生物传感器为目标,针对以往该类传感器响应值较低,寿命短,易受溶液中溶解氧影响的问题,成功地制备了以银纳米颗粒吸附辣根过氧化物酶,采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为辅助固酶膜基质将其固定在铂金电极的表面,然后在待测的过氧化氢溶液中加入高氯酸・三-2, 2’-联吡啶合钴(III)。

研究结果表明,该传感器在稳定性,灵敏度,选择性等方面具有优越性,克服了把介体放入溶液中的缺点。

同时这种新方法适宜其它媒介体和酶体系。

具有良好的研究价值和发展前景。

参考文献[1] Li W J, Wang Z C, Sun C Q, Xiao M, Zhao M Y,Anal. Chim.Acta., 2000, 418, 225.[2] Mao L, Yamamoto K, Talanta, 2000, 51, 187.[3] Liu X., Farmerie W., Schuster S., and Tan W., Anal.Biochem. 2000, 283, 56.7FRIEND OF CHEMICAL INDUSTRY。

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