生物传感器

6.1 生物传感器的原理
免疫传感器
将高灵敏度的传感技术与特异性免疫反应结合起来，用于检测抗原抗体反应 的生物传感器称作免疫传感器。
原理：利用固定化抗原（或抗体） 与其相应的抗体（或抗原）的特异 性结合，使生化敏感膜的特性发生 物理或化学变化，再通过换能器将 这些物理或化学变化转变为可检测 的各种信号。
6.2 生物传感器快速检测技术的构建
6.2.1生物传感器元件的制备
[天然提取]
生物感应元件的选择主要根据分析物特性和选用
的检测方法决定。提取诸如微生物、细胞、组织
、酶、蛋白质、糖类、蛋白质、核酸等生物材料
制备生物传感器元件。
[ 人工合成]
随着合成化学、纳米材料学、仿生学、基因工 程的发展，通过人工法合成生物感应元件的优 势日益凸显。如利用新化合物和材料制备酶模 拟物；分子印迹传感器通过合成分子印迹聚合 物用于识别捕获待测分子。
生物传感器 快速检测技术
目录
6.1 生物传感器原理 6.2 生物传感器快速检测技术的构建 6.3 生物传感器快速检测技术的应用现状 6.4 生物传感器发展趋势
6.1 生物传感器的原理
什么是传感器？
传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置， 能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换 成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处 理、存储、显示、记录和控制等要求。
6.1 生物传感器原理
生物传感器原理：
生物分子识别元件与目标检测物之间相互作用产生响应信号， 通过信号转换元件对响应信号进行接收、加工、转换、，再通过信 号放大器传输出来，利用输出信号与待测物质的浓度关系来确定待 测物的含量，从而实现对目标物的分析检测。
6.1 生物传感器的原理 生物传感器分类
分子识别元件 分类法
应用：广泛应用于临床诊断、微生 物检测、环境监测及食品分析等诸 多领域。
光学免疫传感器检测胰岛素
6.1 生物传感器的原理
核酸生物传感器
核酸生物传感器是使用核酸分子作为生物感应元件构建的生物传感器，该类 型传感器利用碱基互补配对原则使核酸与检测目标物反应后产生信号响应， 可实现单碱基突变检测、疾病基因检测、特异性核酸序列分析、基因组分析 ，可实现对细菌、病毒的检测以及疾病诊断、环境监测。
酶传感器 免疫传感器 核酸传感器 微生物传感器 细胞生物传感器 生物组织传感器 分子印迹传感器
信号转换元件 分类法
电化学生物传感器
光学生物传感器
声波生物传感器
热生物传感器 压电晶体生物传感
器 场效应晶体管生物
传感器
6.1 生物传感器的原理
酶生物传感器
酶传感器是生物传感器的一种，是利用生化反应所产生的或消耗的物质的量 ，通过电化学装置转换成电信号，进而选择性地测定出某种成分的器件。
6.1 生物传感器的原理
生物传感器(biosensor)：
生物传感器(Biosensor)是一种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；是由固定化的生物敏感材料作分子识别元件（包 括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适 当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信 号放大装置构成的分析工具或系统。
核酸生物传感器主要包括DNA传感器以及适配体传感器。适配体传感器是 最近十几年发展起来的新型核酸传感器，它是采用核酸适配体分子作为生 物感应元件的生物传感器。因为核酸适配体可以与目标物质进行特异性结 合，所以其具有作用范围广、稳定性高且易修饰、保持生物学活性等抗体 无法超越的优越性。
6.1 生物传感器的原理
传统固定化方法：吸附法、包埋法、交联法和共价结合法
新固定化技术：定向固定化技术
6.2 生物传感器快速检测技术的构建
6.2.2 生物传感器固定化技术 6.2.2.1 生物元件的固定方法
微生物传感器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
微生物传感器是使用活体微生物作 为生物感应元件，通过固定、包埋 、共价交联等物理、化学方法将微 生物固定于固相载体表面构建成的 生物传感器。
工作原理:利用微生物对待测物的敏 感识别以及其代谢过程生理、生化 指标的改变从而实现对目标物的分 析检测。根据微生物与底物的作用 原理分为呼吸活性测定型微生物传 感器和代谢物质活性测定型微生物 传感器。
✓ 第一代酶传感器以氧作为媒介来 沟通酶与电极之间的电子通道， 将酶反应底物的减少或产物的生 成作为响应信号。
✓ 第二代利用具有较低氧化电位的 传递介体在电极上产生氧化电流 ，通过检测媒介体的信号变化来 反映底物浓度的变化。
✓ 第三代以酶的氧化还原活性中心 直接和电极表面交换电子，直接 产生电子转移。
6.1 生物传感器的原理
细胞生物传感器与生物组织传感器
细胞生物传感器
细胞传感器工作原理为当 活细胞与病原体或毒素特异性 结合后，产生的信息如阻抗特 性、胞外离子浓度、胞外电位 信号等改变，通过换能器转换 为可处理信号，从而定性定量 的检测病原体或毒素的性质。
生物组织传感器
生物组织传感器基本原理 为生物组织中酶的催化反应， 相比于传统的酶传感器其具有 酶活性高，稳定性好和生物材 料易于获取等优点但是存在特 异性不高、重现性不太好、响 应时间较长及使用寿命较短等 问题。
6.2 生物传感器快速检测技术的构建
6.2.2 生物传感器固定化技术 6.2.2.1 生物元件的固定方法
针对不同的生物敏感元件，选择合适的固定化方法来实现敏 感元件与载体的有机结合，可以获得较好的固定效果，并保 持敏感元件的生物活性，以此使生物传感器具有较好的灵敏 度、稳定性以及在不同测试环境的使用性。
6.1 生物传感器的原理
分子印迹传感器
原理:将所研究的目标分子作为模板分子，选择在官能团和空间结构上与之相匹配的功能 单体，让两者间发生共价作用或非共价作用(一 般指氢键、静电引力、范德华力、离子交 换、疏水作用、金属螯合及空间位阻效应等)，再加入交联剂通过热聚合或光聚合，在引 发剂和致孔剂的诱发下产生聚合反应，从而形成包裹有目标分子的高聚物，即分子印迹聚 合物。随后，利用物理或化学方法，将目标分子从聚合物内部洗脱出来，以此获得具有与 目标分子形状相同且官能团位置。