13-生物传感器ppt
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
生物传感器
biosensor
Outline：
生物传感器概念 生物传感器类 生物传感器结构和原理 生物传感器的信号转换器 微生物传感器 生物传感器应用领域
一、what is biosensor? 1、概述
传感器是一种信息获取与处理 的装臵。 对物质成分传感的器件 就是化学传感器，它是一种小型 化的、能专一和可逆地对某种化 学成分进行应答反应的器件，并 能产生与该成分浓度成比例的可 测信号。
即感受器，具有分子识别能 三、生物传感器结构和原理 力的生物活性物质（如组织 切片、细胞、细胞器、细胞 膜、酶、抗体、核酸、有机 物分子等）；
分子识别元件 主要有电化学电极（如电位、电流
的测量）、光学检测元件、热敏电阻、 场效应晶体管、压电石英晶体及表面等 离子共振器件等，从而达到分析监测的 目的。
生物传感器是一类特殊的化学传感 器，它是以生物活性单元(如酶、 蛋白质、DNA、抗体、抗原、生 物膜、微生物、细胞等)作为识别 元件，将生化反应转变成可定量 的物理、化学信号，从而能够进 行生命物质和化学物质检测和监 控的装臵。
生物传感器的发展史(1)
• 最先问世的生物传感器是酶电极， Clark 和 Lyons 最先提出组成酶电极 的设想。 • 70 年代中期，人们注意到酶电极的 寿命一般都比较短，提纯的酶价格 也较贵，而各种酶多数都来自微生 物或动植物组织，因此自然地就启 发人们研究酶电极的衍生型：微生 物电极、细胞器电极、动植物组织 电极以及免疫电极等新型生物传感 器，使生物传感器的类别大大增多； • 进入本世纪 80 年代之后，随着离子 敏场效应晶体管的不断完善，于 1980 年 Caras 和 Janafa 率先研制成功 可测定青霉素的酶FET。
1.电化学型信号转换器 电化学电极（固体电极、离子选择性 电极、气敏电极等）作为信号转换器 已广泛用于酶传感器、微生物传感器 及其他类型的生物传感器中。化学反 应与电荷变化密切相关，将待测物质 以适当形式臵于电化学反应池，测量 其电化学性质（如电位、电流和电容 等）变化可实现物质含量的测定。
1.1基本电化学概念 （1）固体电极的相间电位 将金属电极插入电解质溶液中，从 外表看，似乎不起什么变化。但 实际上，金属晶格上原子被水分 子极化、吸引，最终有可能脱离 晶格以水合离子形式进入溶液。 同样，溶液中金属离子也有被吸 附到金属表面的，最终二者达到 一个平衡。
葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ） 葡萄糖+H2O＋Ｏ２ ―――――――→葡萄糖酸＋Ｈ２Ｏ
２
• 葡萄糖氧化产生Ｈ２Ｏ２，而Ｈ２Ｏ２通过选择 性透气膜，在Pt电极上氧化，产生阳极电流。 葡萄糖含量与电流成正比，由此可测出葡萄 糖溶液浓度。 • 在Ｐt电极上加0.6V电压时，则产生的阳极电 流为：
H2O2
O2+2H++2e
（1）电位信号测量方法 对于一个选择性膜电极，当其他外界条 件固定时，膜电位与溶液中待测离子活度 （或浓度）的对数值呈线性关系，即符合 能斯特关系式。由于单个电极电位值是无 法测量的，通常将待测电极与一个参比电 极组成一个电池，测量其电位差值。采用 的参比电极处理可使用标准氢电极外常常 使用甘汞电极和银-氯化银电极（结构如下 图）。
酶传感器 固定化酶 固定化微生物 生物分子 识别元件 固定化抗体 免疫传感器
微生物传感器
固定化寡链核苷酸
生物组织切片
基因传感器
组织传感器
生物传感器按生物分子识别元件敏感物质分类
3、根据生物传感器的信号转化器 分：
电化学生物传感器 （bioelectrode） 半导体生物传感器 （semiconductbiosensor） 测热型生物传感 （calorimetricbiosensor） 测光型生物传感器 （opticalbiosensor） 压电晶体生物传感器 （piezoelectricbiosensor）
由于核电粒子 在界面间的净 转移而产生了 一定的界面电 位差。该类电 位主要产生于 金属为基体的 电极，它与金 属本性、溶液 性质、浓度等 有关。
固体电极的相间电位
（2）液体接界电位 （浓差电位） 其产生的条件是相 互接触的两液存在 浓差梯度，同时扩 散的离子其淌度不 同。界面两侧HCl 浓度不同，左侧的 H+和Cl-不断向右 侧扩散，同时由于 H+的淌度比Cl-淌 度大，最终界面右 侧将分布过剩正电 荷，左侧有相应的 负电荷，形成了液 体接界电位。
3.热敏电阻型信号转换器
热敏电阻是由铁、镍、钴、 钛等金属氧化物构成的半导体。 从外形上分类有珠型、片型、棒 型、厚膜型、薄膜型与触点型等。 凡有生物体反应的地方，大都可 观察到放热或吸热反应的热量变 化（焓变化）。
年代 60 特点 生物传 感器初期 研究内容 酶电极
70
发展时 期
微生物传感器， 免疫传感器， 细胞类脂质传 感器，组织传 感器，生物亲 和传感器 酶FET 酶光二极管
80
进入生物 电子学传 感器时期
生物传感器的发展史(2) 生物传感器发展的整体划 分:
• 第一代生物传感器以将生物成分截留在膜上或结合在 膜上为基础，这类器件由透析器(膜)、反应器(膜)和 电化学转换器所组成，其实验设备相当简单。 • 第二代生物传感器是指将生物成分直接吸附或共价结 合在转换器的表面上，从而可略去非活性的基质膜。 • 第三代生物传感器是把生物成分直接固定在电子元件 上，例如 FET 的栅极上，它可直接感知和放大界面物 质的变化，从而将生物识别和电信号处理集合在一起。 这种放大器可采用差分方式以消除干扰。
电解回路由工作电极和对电 极构成，电位的测量和控制由参 比电极与工作电极回路实现。测 量时采用线性扫描法、恒电位法 等方式，测量的电流信号与发生 电极氧化（或还原）的物质浓度 相关。 生物传感器中常涉及用电流法 测量O2、H2O2等其他活性物质浓 度。
1.3 特点与应用
电化学电极及相关的电化学 测试技术具有性能稳定、适用范 围广、易微型化特点，已在酶传 感器、微生物传感器、免疫传感 器、DNA传感器中得到应用。 目前，微电极技术也已应用 于探讨细胞膜结构与功能、脑神 经系统的在体研究（如多巴胺、 去甲肾上腺素在体测量）等生物 医学领域。
2.2特点与应用
FET的特点： ①结构简单，体积小，便于批量制 作，成本低： ②属于固态传感器，机械性能好、 耐震动、寿命长； ③输出阻抗低，与检测器的连接线 甚至不用屏蔽，不受外来电场干 扰，测试电路简化；
④可在同一硅片上集成多种传感器， 对样品中不同成分同时进行测量 分析。 FET的应用： 离子敏场效应晶体管可作为 酶（水解酶）、微生物传感器中 的信号转换器。
转换器（换能器transducer ）
生物传感器的选择性取决于它 的生物敏感元件，而生物传感器 的其他性能则和它的整体组成有 关。
生物传感器的传感原理
化学物质 热 光 质量 介电性质 分子识别 生物功能性膜
电极、半导体等 热敏电阻 光纤、光度计 压电晶体等ຫໍສະໝຸດ Baidu表面等离子共振
电 信 号
信号转换器
四、生物传感器中的信 号转换器
2、根据生物传感器中生物分子识 别元件上的敏感物质分： 酶传感器（enzymesensor） 微生物传感器（microbialsensor） 组织传感器（tis-suesensor） 基因传感器 细胞传感器（organallsensor） 免疫传感器（immunolsensor）
生物传感器分类示意图
3）.响应快，样品用量少，且由于 敏感材料是固定化的，可以反复 多次使用； 4）.传感器连同测定仪的成本远低 于大型的分析仪器，便于推广普 及。
二、生物传感器分类
1、根据传感器输出信号的产生 方式： 生物亲和型生物传感器 （affinitybiosensor） 代谢型生物传感器 催化型生物传感器
葡萄糖传感器
• 工作原理
• 测量氧消耗量的葡萄糖传感器 • 测Ｈ2Ｏ2生成量的葡萄糖传感 器
工作原理
葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ） 葡萄糖+H2O＋Ｏ２――――――→葡萄糖酸＋Ｈ２Ｏ２
故葡萄糖浓度测试方法有三种：
①测耗量Ｏ２ ②测Ｈ２Ｏ２生成量 ③测由葡萄糖酸而产生的ＰＨ变化。
测量氧消耗量的葡萄糖 传感器
测量氧消耗量的葡萄糖传 感器
1. 氧电极构成：①由Ｐb阳极和Ｐt阴极浸入碱溶液，② 阴极表面用氧穿透葡萄糖（基质）膜覆盖 [ 特氟隆， 厚约１０μm]
2. 氧电极测 O2 原理：利用氧在阴极上首先被还原的特 性。溶液中的O2穿过特氟隆膜到达Pt阴极上，当外加 一个直流电压为氧的极化电压 (如0.7V)时，则氧分子 在 Pt 阴极上得电子，被还原 : 其电流值与含 O2 浓度成 比例。 Ｏ2+２Ｈ2Ｏ+４e=======４ＯＨ－
将生物活性物质如酶固定在栅极 氢离子敏感膜（SiO2水化层）表 面，样品溶液中的待测底物扩散 进入酶膜。假设是检测酶催化后 的产物（反应速率取决于底物浓 度），产物向离子选择性膜扩散 的分子浓度不断积累增加，并在 酶膜和离子选择性膜界面达到衡 定。
通常，酶-FET传感器都含有双栅极， 一只栅极涂有酶膜，作为指示用FET， 另一支涂上非活性酶膜或清蛋白膜作 为参比FET，两个FET制作在同一芯片 上，对pH和温度以及外部溶液电场变 化具有同样的敏感性，也就是说，如 果两支FET漏电流出现了差 值，那只能是酶FET中催化反应所致， 而与环境温度pH加样体积和电场噪声 等无关，故其差值与被测产物的浓度 呈比例关系。
快速葡萄糖分析仪
血糖乳酸自动分析仪
2、生物传感器与传统的分析方法 相比，具有如下的优点：
1）.生物传感器是由选择性好的生 物材料构成的分子识别元件，因 此一般不需要样品的预处理，样 品中的检测组分的分离和检测同 时完成，且测定时一般不需加入 其它试剂； 2）.由于它的体积小，可以实现连 续在线监测；
2.离子敏场效应晶体管型信号 转器 ion sensitive effect transistor， 简称ISFET 2.1结构与原理
场效应晶体管结构图
场效应晶体管（FET）有四个末端， 当栅极与基-片P-Si短路时，源极与漏 极之间的电流为漏电流。如果施加外 电压，同时栅极电压对基片为正，电 子便被吸引到栅极下面，促进了源极 和漏极两个n区导通。因此栅极电压 变化将控制沟道区导电性能-漏电流的 相应变化。因此只要设法利用生物反 应过程所产生的物质来影响栅极电压， 便可设计出半导体生物传感器。氢离 子敏的FET是常用的信号转换器。
生物传感器中常涉及 用电位法测量 H+NH3、 CO2的浓度。 1.电引线 2.电极帽 3.甘汞芯 4.玻璃外壳 5.饱和KCl 6.多孔陶瓷塞 7.KCl补液口
甘汞电极
（2）电流信号测量方法
物质在电极上发生 氧化还原反应与其 自身的电极电位相 关，控制电极电位 可以有选择地使溶 液中某成分发生氧 化或还原反应。当 电路中有电流通过 时电极将发生极化 现象，使得电极电 位偏离平衡电位值。 为了有效的测量和 控制研究电极的电 位，通常可采用三 用于电流测量的三电极测量体系 电极测量体系如图 所示。
直按产生电信号方式的生物传感器
反应直接在电极表面上发生
例：Cass 等提出一种测定葡萄糖的传感器，是用二茂 络铁为电子传递体。
G、GL代表葡萄糖和葡萄糖内脂，GODox和GODred为氧化型和还原 型的葡萄糖氧化酶，而Fecp2R和Fecp2R+则为还原型和氧化型二 茂络铁。 葡萄糖被GOD氧化的同时，GOD被还原成GODred，氧化型的电子 传递体2Fecp2R+可将GODred再氧化成GODox
液体接界电位（浓差电位）
（3）膜电极电位 一个离子选择性膜 与两侧溶液相接 触，膜相中离子I+ 与溶液中I+发生交 换反应，最终在 两个界面处会形 成两个液体接界 电位（即道南电 位1和2）由于膜 较厚，膜相内也 会存在不同离子 扩散所产生的扩 散电位d，因此整 个膜电位 m=D1+D2+d
1.2 基本电化学信号测量技术
聚四氟乙烯膜（作用）
• 它避免了电极与被测液直接相接触，防止了 电极毒化；如电极Pt为开放式，它浸入含蛋 白质的介质中，蛋白质会沉淀在电极表面上 从而减小电极有效面积，使电流下降，使传 感器受到毒化。
测Ｈ2Ｏ2生成量的葡萄糖传 感器
1. Pt阳极 2. 聚四氟乙烯膜 （作用） 3. 固相酶膜 4. 半透膜多孔层 5. 半透膜致密层
biosensor
Outline：
生物传感器概念 生物传感器类 生物传感器结构和原理 生物传感器的信号转换器 微生物传感器 生物传感器应用领域
一、what is biosensor? 1、概述
传感器是一种信息获取与处理 的装臵。 对物质成分传感的器件 就是化学传感器，它是一种小型 化的、能专一和可逆地对某种化 学成分进行应答反应的器件，并 能产生与该成分浓度成比例的可 测信号。
即感受器，具有分子识别能 三、生物传感器结构和原理 力的生物活性物质（如组织 切片、细胞、细胞器、细胞 膜、酶、抗体、核酸、有机 物分子等）；
分子识别元件 主要有电化学电极（如电位、电流
的测量）、光学检测元件、热敏电阻、 场效应晶体管、压电石英晶体及表面等 离子共振器件等，从而达到分析监测的 目的。
生物传感器是一类特殊的化学传感 器，它是以生物活性单元(如酶、 蛋白质、DNA、抗体、抗原、生 物膜、微生物、细胞等)作为识别 元件，将生化反应转变成可定量 的物理、化学信号，从而能够进 行生命物质和化学物质检测和监 控的装臵。
生物传感器的发展史(1)
• 最先问世的生物传感器是酶电极， Clark 和 Lyons 最先提出组成酶电极 的设想。 • 70 年代中期，人们注意到酶电极的 寿命一般都比较短，提纯的酶价格 也较贵，而各种酶多数都来自微生 物或动植物组织，因此自然地就启 发人们研究酶电极的衍生型：微生 物电极、细胞器电极、动植物组织 电极以及免疫电极等新型生物传感 器，使生物传感器的类别大大增多； • 进入本世纪 80 年代之后，随着离子 敏场效应晶体管的不断完善，于 1980 年 Caras 和 Janafa 率先研制成功 可测定青霉素的酶FET。
1.电化学型信号转换器 电化学电极（固体电极、离子选择性 电极、气敏电极等）作为信号转换器 已广泛用于酶传感器、微生物传感器 及其他类型的生物传感器中。化学反 应与电荷变化密切相关，将待测物质 以适当形式臵于电化学反应池，测量 其电化学性质（如电位、电流和电容 等）变化可实现物质含量的测定。
1.1基本电化学概念 （1）固体电极的相间电位 将金属电极插入电解质溶液中，从 外表看，似乎不起什么变化。但 实际上，金属晶格上原子被水分 子极化、吸引，最终有可能脱离 晶格以水合离子形式进入溶液。 同样，溶液中金属离子也有被吸 附到金属表面的，最终二者达到 一个平衡。
葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ） 葡萄糖+H2O＋Ｏ２ ―――――――→葡萄糖酸＋Ｈ２Ｏ
２
• 葡萄糖氧化产生Ｈ２Ｏ２，而Ｈ２Ｏ２通过选择 性透气膜，在Pt电极上氧化，产生阳极电流。 葡萄糖含量与电流成正比，由此可测出葡萄 糖溶液浓度。 • 在Ｐt电极上加0.6V电压时，则产生的阳极电 流为：
H2O2
O2+2H++2e
（1）电位信号测量方法 对于一个选择性膜电极，当其他外界条 件固定时，膜电位与溶液中待测离子活度 （或浓度）的对数值呈线性关系，即符合 能斯特关系式。由于单个电极电位值是无 法测量的，通常将待测电极与一个参比电 极组成一个电池，测量其电位差值。采用 的参比电极处理可使用标准氢电极外常常 使用甘汞电极和银-氯化银电极（结构如下 图）。
酶传感器 固定化酶 固定化微生物 生物分子 识别元件 固定化抗体 免疫传感器
微生物传感器
固定化寡链核苷酸
生物组织切片
基因传感器
组织传感器
生物传感器按生物分子识别元件敏感物质分类
3、根据生物传感器的信号转化器 分：
电化学生物传感器 （bioelectrode） 半导体生物传感器 （semiconductbiosensor） 测热型生物传感 （calorimetricbiosensor） 测光型生物传感器 （opticalbiosensor） 压电晶体生物传感器 （piezoelectricbiosensor）
由于核电粒子 在界面间的净 转移而产生了 一定的界面电 位差。该类电 位主要产生于 金属为基体的 电极，它与金 属本性、溶液 性质、浓度等 有关。
固体电极的相间电位
（2）液体接界电位 （浓差电位） 其产生的条件是相 互接触的两液存在 浓差梯度，同时扩 散的离子其淌度不 同。界面两侧HCl 浓度不同，左侧的 H+和Cl-不断向右 侧扩散，同时由于 H+的淌度比Cl-淌 度大，最终界面右 侧将分布过剩正电 荷，左侧有相应的 负电荷，形成了液 体接界电位。
3.热敏电阻型信号转换器
热敏电阻是由铁、镍、钴、 钛等金属氧化物构成的半导体。 从外形上分类有珠型、片型、棒 型、厚膜型、薄膜型与触点型等。 凡有生物体反应的地方，大都可 观察到放热或吸热反应的热量变 化（焓变化）。
年代 60 特点 生物传 感器初期 研究内容 酶电极
70
发展时 期
微生物传感器， 免疫传感器， 细胞类脂质传 感器，组织传 感器，生物亲 和传感器 酶FET 酶光二极管
80
进入生物 电子学传 感器时期
生物传感器的发展史(2) 生物传感器发展的整体划 分:
• 第一代生物传感器以将生物成分截留在膜上或结合在 膜上为基础，这类器件由透析器(膜)、反应器(膜)和 电化学转换器所组成，其实验设备相当简单。 • 第二代生物传感器是指将生物成分直接吸附或共价结 合在转换器的表面上，从而可略去非活性的基质膜。 • 第三代生物传感器是把生物成分直接固定在电子元件 上，例如 FET 的栅极上，它可直接感知和放大界面物 质的变化，从而将生物识别和电信号处理集合在一起。 这种放大器可采用差分方式以消除干扰。
电解回路由工作电极和对电 极构成，电位的测量和控制由参 比电极与工作电极回路实现。测 量时采用线性扫描法、恒电位法 等方式，测量的电流信号与发生 电极氧化（或还原）的物质浓度 相关。 生物传感器中常涉及用电流法 测量O2、H2O2等其他活性物质浓 度。
1.3 特点与应用
电化学电极及相关的电化学 测试技术具有性能稳定、适用范 围广、易微型化特点，已在酶传 感器、微生物传感器、免疫传感 器、DNA传感器中得到应用。 目前，微电极技术也已应用 于探讨细胞膜结构与功能、脑神 经系统的在体研究（如多巴胺、 去甲肾上腺素在体测量）等生物 医学领域。
2.2特点与应用
FET的特点： ①结构简单，体积小，便于批量制 作，成本低： ②属于固态传感器，机械性能好、 耐震动、寿命长； ③输出阻抗低，与检测器的连接线 甚至不用屏蔽，不受外来电场干 扰，测试电路简化；
④可在同一硅片上集成多种传感器， 对样品中不同成分同时进行测量 分析。 FET的应用： 离子敏场效应晶体管可作为 酶（水解酶）、微生物传感器中 的信号转换器。
转换器（换能器transducer ）
生物传感器的选择性取决于它 的生物敏感元件，而生物传感器 的其他性能则和它的整体组成有 关。
生物传感器的传感原理
化学物质 热 光 质量 介电性质 分子识别 生物功能性膜
电极、半导体等 热敏电阻 光纤、光度计 压电晶体等ຫໍສະໝຸດ Baidu表面等离子共振
电 信 号
信号转换器
四、生物传感器中的信 号转换器
2、根据生物传感器中生物分子识 别元件上的敏感物质分： 酶传感器（enzymesensor） 微生物传感器（microbialsensor） 组织传感器（tis-suesensor） 基因传感器 细胞传感器（organallsensor） 免疫传感器（immunolsensor）
生物传感器分类示意图
3）.响应快，样品用量少，且由于 敏感材料是固定化的，可以反复 多次使用； 4）.传感器连同测定仪的成本远低 于大型的分析仪器，便于推广普 及。
二、生物传感器分类
1、根据传感器输出信号的产生 方式： 生物亲和型生物传感器 （affinitybiosensor） 代谢型生物传感器 催化型生物传感器
葡萄糖传感器
• 工作原理
• 测量氧消耗量的葡萄糖传感器 • 测Ｈ2Ｏ2生成量的葡萄糖传感 器
工作原理
葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ） 葡萄糖+H2O＋Ｏ２――――――→葡萄糖酸＋Ｈ２Ｏ２
故葡萄糖浓度测试方法有三种：
①测耗量Ｏ２ ②测Ｈ２Ｏ２生成量 ③测由葡萄糖酸而产生的ＰＨ变化。
测量氧消耗量的葡萄糖 传感器
测量氧消耗量的葡萄糖传 感器
1. 氧电极构成：①由Ｐb阳极和Ｐt阴极浸入碱溶液，② 阴极表面用氧穿透葡萄糖（基质）膜覆盖 [ 特氟隆， 厚约１０μm]
2. 氧电极测 O2 原理：利用氧在阴极上首先被还原的特 性。溶液中的O2穿过特氟隆膜到达Pt阴极上，当外加 一个直流电压为氧的极化电压 (如0.7V)时，则氧分子 在 Pt 阴极上得电子，被还原 : 其电流值与含 O2 浓度成 比例。 Ｏ2+２Ｈ2Ｏ+４e=======４ＯＨ－
将生物活性物质如酶固定在栅极 氢离子敏感膜（SiO2水化层）表 面，样品溶液中的待测底物扩散 进入酶膜。假设是检测酶催化后 的产物（反应速率取决于底物浓 度），产物向离子选择性膜扩散 的分子浓度不断积累增加，并在 酶膜和离子选择性膜界面达到衡 定。
通常，酶-FET传感器都含有双栅极， 一只栅极涂有酶膜，作为指示用FET， 另一支涂上非活性酶膜或清蛋白膜作 为参比FET，两个FET制作在同一芯片 上，对pH和温度以及外部溶液电场变 化具有同样的敏感性，也就是说，如 果两支FET漏电流出现了差 值，那只能是酶FET中催化反应所致， 而与环境温度pH加样体积和电场噪声 等无关，故其差值与被测产物的浓度 呈比例关系。
快速葡萄糖分析仪
血糖乳酸自动分析仪
2、生物传感器与传统的分析方法 相比，具有如下的优点：
1）.生物传感器是由选择性好的生 物材料构成的分子识别元件，因 此一般不需要样品的预处理，样 品中的检测组分的分离和检测同 时完成，且测定时一般不需加入 其它试剂； 2）.由于它的体积小，可以实现连 续在线监测；
2.离子敏场效应晶体管型信号 转器 ion sensitive effect transistor， 简称ISFET 2.1结构与原理
场效应晶体管结构图
场效应晶体管（FET）有四个末端， 当栅极与基-片P-Si短路时，源极与漏 极之间的电流为漏电流。如果施加外 电压，同时栅极电压对基片为正，电 子便被吸引到栅极下面，促进了源极 和漏极两个n区导通。因此栅极电压 变化将控制沟道区导电性能-漏电流的 相应变化。因此只要设法利用生物反 应过程所产生的物质来影响栅极电压， 便可设计出半导体生物传感器。氢离 子敏的FET是常用的信号转换器。
生物传感器中常涉及 用电位法测量 H+NH3、 CO2的浓度。 1.电引线 2.电极帽 3.甘汞芯 4.玻璃外壳 5.饱和KCl 6.多孔陶瓷塞 7.KCl补液口
甘汞电极
（2）电流信号测量方法
物质在电极上发生 氧化还原反应与其 自身的电极电位相 关，控制电极电位 可以有选择地使溶 液中某成分发生氧 化或还原反应。当 电路中有电流通过 时电极将发生极化 现象，使得电极电 位偏离平衡电位值。 为了有效的测量和 控制研究电极的电 位，通常可采用三 用于电流测量的三电极测量体系 电极测量体系如图 所示。
直按产生电信号方式的生物传感器
反应直接在电极表面上发生
例：Cass 等提出一种测定葡萄糖的传感器，是用二茂 络铁为电子传递体。
G、GL代表葡萄糖和葡萄糖内脂，GODox和GODred为氧化型和还原 型的葡萄糖氧化酶，而Fecp2R和Fecp2R+则为还原型和氧化型二 茂络铁。 葡萄糖被GOD氧化的同时，GOD被还原成GODred，氧化型的电子 传递体2Fecp2R+可将GODred再氧化成GODox
液体接界电位（浓差电位）
（3）膜电极电位 一个离子选择性膜 与两侧溶液相接 触，膜相中离子I+ 与溶液中I+发生交 换反应，最终在 两个界面处会形 成两个液体接界 电位（即道南电 位1和2）由于膜 较厚，膜相内也 会存在不同离子 扩散所产生的扩 散电位d，因此整 个膜电位 m=D1+D2+d
1.2 基本电化学信号测量技术
聚四氟乙烯膜（作用）
• 它避免了电极与被测液直接相接触，防止了 电极毒化；如电极Pt为开放式，它浸入含蛋 白质的介质中，蛋白质会沉淀在电极表面上 从而减小电极有效面积，使电流下降，使传 感器受到毒化。
测Ｈ2Ｏ2生成量的葡萄糖传 感器
1. Pt阳极 2. 聚四氟乙烯膜 （作用） 3. 固相酶膜 4. 半透膜多孔层 5. 半透膜致密层