化学与生物传感器复习重点

化学与生物传感器复习重点

第一章 绪论 1、定义

传感器：是指一些能把光、声、力、温度、磁感应强度、化学作用和生物效应等非电学量转化为电学量或转换为具有调控功能的元器件。

2、基本构成

传感器通常由敏感元件（感受器）和转换元件（换能器）组合而成。

3、工作原理

4、生物传感器主要特点

多样性、专一性强、无试剂分析、操作简单、可重复性使用

5、生物传感器的常见性能指标

1.灵敏度（sensitivity ）

2.选择性（selectivity ）

3.检测极限（detection limit or limit of detection ）

4.检测范围或线性区间（linear range or dynamic range ）

5.响应时间（response time, T95） 即从开始响应到信号达到最大强度的95%所需时间

待分析物

生物敏

感膜

化学量或 物理量变化

换

能

器

可定量加工 的电信号

第二章 分子识别元件及生物反应基础 1、酶联免疫测定法

特点：

1）用酶促反应的放大作用来显示初级免疫学反应.

2）灵敏度不高,但是特异性、重现性和准确性很好,成本低,稳定性好和操作安全等，应用最广.

酶免疫分析主要有两种:夹心法和竞争法.

夹心法要求抗原至少有两个结合点,不能用于检测半抗原,多用于测定大分子物质.产生的信号强度与结合在固相上的抗原量成比例关系.

竞争法产生的信号强度与结合在固相上的酶标抗体量成正比例关系,与样品中的抗原量成反比关系.主要用于测定小分子抗原.

E E

E 固定抗体

待检抗原 酶标记抗体 底物 酶促反应

检 测

2、核酸分子探针

DNA的变性（denaturation）：

双链DNA在加热或碱的存在下解离成两条单链DNA的过程。热变性中DNA解链一半时的温度叫变性温度Tm。

DNA的复性或退火（annealing）：

变性的DNA在缓慢降低温度恢复原始的双螺旋结构的过程。

核酸分子杂交：

两条单链DNA分子经退火形成双链DNA的现象叫核酸分子杂交。核酸分子杂交不仅可以在两条互补的DNA链间进行，也可以在互补的DNA和RNA直接进行。

第三章敏感膜与敏感元件

1、敏感元件的构成及材料

敏感元件由基体材料、成膜材料和敏感功能材料三部分组成：

基体材料是敏感元件的载体，敏感功能材料固定在基体材料的表面，它对传感器的寿命和使用方式产生较大的影响，并且能够发挥敏感功能材料的作用。

成膜材料是用于固定敏感功能材料的物质，它具有良好的成膜性，可以形成一个传感界面；同时具有一定的刚性和柔韧性，能够支持敏感功能材料使其牢固地固定在基体材料的表面；它还必须具有一定的物理或化学作用力，进而增加敏感元件的稳定性。

敏感功能材料是传感器的核心组成，它能够直接感受被测对象的非电量信息部分，然后通过转换器转换成合适的电化学信号。它必须具有光、电、热电、压电、电化学等不同方式的转换功能。

2、生物敏感材料的固定化

固定化的主要目的是将酶等生物敏感材料限制在一定的空间,但又不妨碍被分析物的自由扩

散.与游离相生物材料相比,固相生物材料具有一系列优点:

1)热稳定性提高

2)可重复使用

3）生物材料用量少

4)不需要在反应后进行催化物质与反应物质的分离

5)可以根据已知的半衰期(half-life)确定传感器膜的寿命等.

3、固定化基本方法

夹心法(sandwich)或隔离法(insulation)

包埋法(entrapment)

吸附法(adsorption)

共价结合法(covalent binding)

交联法(cross linking)

微胶囊法(micro-encapsulation)

以下是具体说明：

1)夹心法:

将生物活性材料封闭在双层滤膜之间,形象地称为夹心法.

特点: 操作简单不需要化学处理固定生物量大响应速度快重现性好

适用于微生物和组织膜制作

2）吸附法：

经非水溶性载体物理吸附或离子结合作用使生物敏感材料固定，称为吸附法.

吸附的作用力: 氢键范德华力离子键配位键疏水作用力

吸附的牢固程度与溶液的pH、离子强度、温度、溶剂性质和种类以及吸附物的浓度有关。

优点：

吸附法方法简单，操作条件温和，对生物分子活性影响较小。

缺点：

结合力较弱、稳定性差，易于发生脱附作用，进而导致重现性差和灵敏度低。

3）包埋法

将生物分子包埋并固定在高分子聚合物三维空间网状结构基质中即为包埋法。将酶分子包埋在凝胶的细微网状结构里制成固定化酶，称为凝胶包埋法；将酶分子包埋在由半透膜构成的微型胶囊中，酶分子被限制在膜内，小分子的底物和产物能自由通过半透膜，称为胶囊包埋法。

优点：

不产生化学修饰保持生物分子活性

膜的孔径和几何形状可任意控制被包埋物不易渗漏

分子可以在膜中扩散

缺点：分子量大的分子在膜中扩散困难

4）共价结合法

使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

酶与载体共价键合方式：

与载体直接反应连接

通过同源双功能试剂与载体连接

通过异源双功能试剂与载体连接后再与载体反应连接

酶与载体之间的共价结合方式，主要有重氮法、肽键法、烷化法等

共价结合的特点

5）交联法

此法借助双功能试剂使生物分子结合到惰性载体并彼此交联成三维网状结构.

优点：操作简单、结合牢固、在酶源较困难时常常需要加入数倍于酶的惰性蛋白质作为基质。

pH，交联剂浓度也比较重要

6）微胶囊法

微胶囊法主要采用脂质体(liposome)来包埋生物活性材料或指示分子。脂质体是由脂质双分子层组成的内部为水相的闭合囊泡. 直径一般为1-100 μm。