生物活性检测
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目录 Contents
生物活性的初步认识
生物活性检测
生物活性检测的扩展
Part 1
生物活性的初步认识
Part 1 生物活性的初步认识
什么是生物 活性物质？
Part 1 生物活性的初步认识
生物活性物质，是指来自生物体内的对生 命现象具体做法有影响的微量或少量物质。 如: 有些食物含有多种具有生物活性的化 合物，当与机体作用后能引起各种生物效 应，称为生物活性物质。它们种类繁多， 有核酸、糖类、脂类、蛋白质多肽类、生 物碱、挥发油等等。
Part 1 生物活性的初步认识
DNA
葡萄糖
糖 类
糖类
甙 核酸 活动性多糖 DNA 类 蛋白质多肽类 脂类
DNA
甾醇类
生物碱
生物活性物质
脂类
DNA 维生素
矿物质元素
氨基酸
DNA
脂 类
微量元素
功能性单糖
挥发油
TEXT
活动性多糖
氨基酸
甙类
Part 2
生物活性检测
Part 2 生物活性检测
1
生物传感器 初步了解
2
生物传感器的 定义
3
基于生物传感 器的生物活性 检测
Part 2 生物活性检测
01
生物传感器是一种以生物活性单元为敏感元件, 结合化学、物理转换元件,对被分析物具有高 度选择性的装置,它具有灵敏度高、检测速度 快、操作简便、成本低、可进行连续动态监测 等优点。在介绍生物传感器发展现状、组成及 工作原理的基础上,对生物传感器在生命科学、 医学、环境检测、食品工程及军事等领域中的 应用研究进行了综述,并探讨了生物传感器的 发展前景。
Part 2 生物活性检测
01 生物传感器是以固定化生物活性物质(酶、蛋白质、 微生物、ＤＮＡ及生物膜等)作敏感元件与适当的 物理或化学换能器有机结合而组成的一种先进分 析检测装置,其工作原理是:待测物质经扩散作用进 入分子识别元件(生物活性材料),经分子识别作用 与分子识别元件特异性结合,发生生物化学反应,产 生的生物学信息通过相应的信号转换元件转换为 可以定量处理的光信号或电信号,再经电子测量仪 的放大、处理和输出,即可达到分析检测的目的。
Part 2 生物活性检测
02
生物传感器定义为 : 生物传感器是一种精密的分析器件 , 它结合一种生物或 生物衍生敏感元件与一只理化换能器 , 能够产生间断或连续的数字电信号 , 信号强度与被分析物成正比。生物传感器一般由两部分组成 : 一是分子识别 元件 , 即具有分子识别能力的生物活性物质 ( 如组织、微生物细胞、细胞器、 细胞受体、酶、抗体、核酸等 ) ；二是信号转换元件 , 主要为电化学电极、 光学检测元件、气敏电极、热敏电阻、场效应晶体管、压电晶体及表面等 离子共振器件等。当待测物与分子识别元件特异性结合后 , 所产生的复合物 ( 或光、热等 ) 通过信号转换器转变为可以输出的电信号、光信号等 , 从而 达到分析检测的目的。
Part 2 生物活性检测
03
生物活性物质 生物传感器 生物活性分子检测
Part 2 生物活性检测
生物传感器用于植物生物活性分子的检测
Part 2 生物活性检测
03 植物体内生物活性有机小分子的合成、代谢、运输 和积累贯穿植物整个生长周期，影响植物的生长、 开花、发育、结实等生命过程。植物生理学中通过 研究该类有机小分子的水平，总结植物生命活动规 律、揭示植物生命现象本质，进而给农林生产中育 种、栽培调控等环节提供更多的理论依据，指导实 际生产。尤其农业方面，实现作物高产优质对于保 障我国粮食安全有重要意义。因此对于生物传感器 检测植物生物活性分子方面的研究是很有必要的。
Part 2 生物活性检测
03 利用生物传感器检测植物组织中的蔗糖含量的变化 在高等植物中,蔗糖具有至关重要的作用。蔗糖是 光合作用的主要产物,蔗糖形成于细胞质内，从叶 片通过韧皮部向库器官输送,是糖运输的主要形式, 植物中同化产物主要是以蔗糖的形式从源向库输送 的,供应植物的生长，参与调控植物花的诱导维管 组织的分化种子发育以及贮藏物质的积累等生长发 育过程。因此在分子水平上研究植物碳水同化产物 在源器官的分配对于提高作物植株的产量很有帮助。 酶电极是迄今最为快速准确的测糖方法之一。
Part 2 生物活性检测
03 在合时膜片上用戊二醛交联冻干酵母粉 破碎液和酶混合液制备了用于检测蔗糖 含量的酶传感器，采用生物传感器检测 方式测定梨和海棠两种作物不同时期不 同部位的蔗糖含量，结果显示，作物的 蔗糖含量与总光合源呈正相关，光照天 数越多，时间越长其含量就要越高，此 外果实积累贮存蔗糖还与茎的运输能力， 果实的卸糖能力密不可分。
Part 3
生物活性检测的扩展
Part 3 生物活性检测的扩展
利用生物传感器检测氨基酸
Part 3 生物活性检测的扩展
蛋白质是细胞内含量最丰富、功能最复 杂的生物大分子，他们在生物界无处不 在，并参与了几乎所有的生命活动和生 命过程。蛋白质是一切生命的物质基础， 蛋白质又是由多种氨基酸合成的，因此 氨基酸对植物生长是必不可少的。而且 氨基酸也参与植物内的氮代谢途径及碳 氮平衡的调节。最近，学术界发现某些 氨基酸可能作为信号分子对植物生长发 育具有特殊的生物学意义。
Part 3 生物活性检测的扩展
以谷氨酸为模板，邻氨基酚为功能单体，铁氰化钾为印迹电极和和底液间的探 针，利用循环伏安法成功制备了谷氨酸分子印迹聚合物传感器。在最佳条件下， 这种传感器的相对偏差分别为2.91%-3.39%，线性范围0.5mmol/L3.0mmol/L。与其他方法进行比较，该方法检测林敏度高，抗干扰能力强，而 且操作简单，也可以实现对谷氨酸的连续检测。通过实验得出基于戊二醛交联 技术和纳米金增效的谷氨酸生物传感器工作的最佳ｐ Ｈ为7,最适温度为35℃。 该传感器具有专一性强、稳定性好、线性范围宽等优点。通过对比实验,得出该 谷氨酸生物传感器与传统的生化分析仪法具有等值性,并成功地应用于谷氨酸发 酵液、味精和鸡精中谷氨酸的含量检测。
Part 3 生物活性检测的扩展
对基于谷氨酸氧化酶对聚吡咯纳米粒子/聚苯胺修饰的金电极的研究，实验表 明该传感器工作的最佳PH为7.5，最适温度为35℃，线性范围为0.02〜400微 米。这种方法响应快，灵敏度高，相关性良好。
生物活性的初步认识
生物活性检测
生物活性检测的扩展
Part 1
生物活性的初步认识
Part 1 生物活性的初步认识
什么是生物 活性物质？
Part 1 生物活性的初步认识
生物活性物质，是指来自生物体内的对生 命现象具体做法有影响的微量或少量物质。 如: 有些食物含有多种具有生物活性的化 合物，当与机体作用后能引起各种生物效 应，称为生物活性物质。它们种类繁多， 有核酸、糖类、脂类、蛋白质多肽类、生 物碱、挥发油等等。
Part 1 生物活性的初步认识
DNA
葡萄糖
糖 类
糖类
甙 核酸 活动性多糖 DNA 类 蛋白质多肽类 脂类
DNA
甾醇类
生物碱
生物活性物质
脂类
DNA 维生素
矿物质元素
氨基酸
DNA
脂 类
微量元素
功能性单糖
挥发油
TEXT
活动性多糖
氨基酸
甙类
Part 2
生物活性检测
Part 2 生物活性检测
1
生物传感器 初步了解
2
生物传感器的 定义
3
基于生物传感 器的生物活性 检测
Part 2 生物活性检测
01
生物传感器是一种以生物活性单元为敏感元件, 结合化学、物理转换元件,对被分析物具有高 度选择性的装置,它具有灵敏度高、检测速度 快、操作简便、成本低、可进行连续动态监测 等优点。在介绍生物传感器发展现状、组成及 工作原理的基础上,对生物传感器在生命科学、 医学、环境检测、食品工程及军事等领域中的 应用研究进行了综述,并探讨了生物传感器的 发展前景。
Part 2 生物活性检测
01 生物传感器是以固定化生物活性物质(酶、蛋白质、 微生物、ＤＮＡ及生物膜等)作敏感元件与适当的 物理或化学换能器有机结合而组成的一种先进分 析检测装置,其工作原理是:待测物质经扩散作用进 入分子识别元件(生物活性材料),经分子识别作用 与分子识别元件特异性结合,发生生物化学反应,产 生的生物学信息通过相应的信号转换元件转换为 可以定量处理的光信号或电信号,再经电子测量仪 的放大、处理和输出,即可达到分析检测的目的。
Part 2 生物活性检测
02
生物传感器定义为 : 生物传感器是一种精密的分析器件 , 它结合一种生物或 生物衍生敏感元件与一只理化换能器 , 能够产生间断或连续的数字电信号 , 信号强度与被分析物成正比。生物传感器一般由两部分组成 : 一是分子识别 元件 , 即具有分子识别能力的生物活性物质 ( 如组织、微生物细胞、细胞器、 细胞受体、酶、抗体、核酸等 ) ；二是信号转换元件 , 主要为电化学电极、 光学检测元件、气敏电极、热敏电阻、场效应晶体管、压电晶体及表面等 离子共振器件等。当待测物与分子识别元件特异性结合后 , 所产生的复合物 ( 或光、热等 ) 通过信号转换器转变为可以输出的电信号、光信号等 , 从而 达到分析检测的目的。
Part 2 生物活性检测
03
生物活性物质 生物传感器 生物活性分子检测
Part 2 生物活性检测
生物传感器用于植物生物活性分子的检测
Part 2 生物活性检测
03 植物体内生物活性有机小分子的合成、代谢、运输 和积累贯穿植物整个生长周期，影响植物的生长、 开花、发育、结实等生命过程。植物生理学中通过 研究该类有机小分子的水平，总结植物生命活动规 律、揭示植物生命现象本质，进而给农林生产中育 种、栽培调控等环节提供更多的理论依据，指导实 际生产。尤其农业方面，实现作物高产优质对于保 障我国粮食安全有重要意义。因此对于生物传感器 检测植物生物活性分子方面的研究是很有必要的。
Part 2 生物活性检测
03 利用生物传感器检测植物组织中的蔗糖含量的变化 在高等植物中,蔗糖具有至关重要的作用。蔗糖是 光合作用的主要产物,蔗糖形成于细胞质内，从叶 片通过韧皮部向库器官输送,是糖运输的主要形式, 植物中同化产物主要是以蔗糖的形式从源向库输送 的,供应植物的生长，参与调控植物花的诱导维管 组织的分化种子发育以及贮藏物质的积累等生长发 育过程。因此在分子水平上研究植物碳水同化产物 在源器官的分配对于提高作物植株的产量很有帮助。 酶电极是迄今最为快速准确的测糖方法之一。
Part 2 生物活性检测
03 在合时膜片上用戊二醛交联冻干酵母粉 破碎液和酶混合液制备了用于检测蔗糖 含量的酶传感器，采用生物传感器检测 方式测定梨和海棠两种作物不同时期不 同部位的蔗糖含量，结果显示，作物的 蔗糖含量与总光合源呈正相关，光照天 数越多，时间越长其含量就要越高，此 外果实积累贮存蔗糖还与茎的运输能力， 果实的卸糖能力密不可分。
Part 3
生物活性检测的扩展
Part 3 生物活性检测的扩展
利用生物传感器检测氨基酸
Part 3 生物活性检测的扩展
蛋白质是细胞内含量最丰富、功能最复 杂的生物大分子，他们在生物界无处不 在，并参与了几乎所有的生命活动和生 命过程。蛋白质是一切生命的物质基础， 蛋白质又是由多种氨基酸合成的，因此 氨基酸对植物生长是必不可少的。而且 氨基酸也参与植物内的氮代谢途径及碳 氮平衡的调节。最近，学术界发现某些 氨基酸可能作为信号分子对植物生长发 育具有特殊的生物学意义。
Part 3 生物活性检测的扩展
以谷氨酸为模板，邻氨基酚为功能单体，铁氰化钾为印迹电极和和底液间的探 针，利用循环伏安法成功制备了谷氨酸分子印迹聚合物传感器。在最佳条件下， 这种传感器的相对偏差分别为2.91%-3.39%，线性范围0.5mmol/L3.0mmol/L。与其他方法进行比较，该方法检测林敏度高，抗干扰能力强，而 且操作简单，也可以实现对谷氨酸的连续检测。通过实验得出基于戊二醛交联 技术和纳米金增效的谷氨酸生物传感器工作的最佳ｐ Ｈ为7,最适温度为35℃。 该传感器具有专一性强、稳定性好、线性范围宽等优点。通过对比实验,得出该 谷氨酸生物传感器与传统的生化分析仪法具有等值性,并成功地应用于谷氨酸发 酵液、味精和鸡精中谷氨酸的含量检测。
Part 3 生物活性检测的扩展
对基于谷氨酸氧化酶对聚吡咯纳米粒子/聚苯胺修饰的金电极的研究，实验表 明该传感器工作的最佳PH为7.5，最适温度为35℃，线性范围为0.02〜400微 米。这种方法响应快，灵敏度高，相关性良好。