电化学生物传感器 1

氧电极 有不少酶特别是各种氧化酶和加氧酶在催化 底物反应时要用溶解氧为辅助试剂，反应中所消 耗的氧量就用氧电极来测定。此外，在微生物电 极、免疫电极等生物传感器中也常用氧电极作为 信号转换器，因此氧电极在生物传感器中用得很 广。 目前用得最多的氧电极是电解式的Clark氧 电极，Clark氧电极是由铂阴极、Ag/AgCl阳极、 KCl电解质和透气膜所构成。
方法
双抗体 夹心法 此法适用于检验各种蛋白质等大分子抗 原
间接法
检测抗体最常用的方法，其原理为利用 酶标记的抗体检测已与固相结合的受检 抗体
竞争法
用于抗原和半抗原的定量测定，也可用 于测Hale Waihona Puke Baidu抗体
临床应用

酶电极在40nL的微池中检测D-Dimer浓度应 用于临床试验。检测到D-Dimer浓度范围为 0.1 -100 nM ，抚育时间从几小时减少到5 分钟。 利用抗原抗体反应前后电位的变化检测B型 肝炎抗原。检测浓度范围为4-800 ng/ml， 检测限达1.3 ng/ml。此方法比常规检测更 加直接，快速，简单。
二.电化学生物传感器的信号转换器
电化学参比电极
电 极
电位型电极
离子选择电 极 氧化还原电 极
电流型电极
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氧电极
1、电位型电极
离子选择电极 离子选择电极是一类对特定的阳离子或阴离子 呈选择性响应的电极，具有快速、灵敏、可靠、 价廉等优点。在生物医学领域常直接用它测定 体 液 中 的 一 些 成 分 （ 例 如 H+ ， K+ ， Na+ ， Ca2+等）。
三、电化学生物传感器的分类
酶传感器 免疫传感器 组织传感器
细胞传感器
（根据敏感物质分类）
DNA传感器
……
（一）酶传感器

酶电极电化学电极顶端紧贴一层酶膜
酶的固定化技术
惰性载体 惰性载体物理吸附法 物理吸附法 离子载体交换法 物理包埋法 Text
酶分子通过极性 键、氢键、疏水力 或π 电子相互作用 等吸附于不溶性载 体上。
四.生物传感器的展望
目前生物传感器主要还处在实验室研究阶段， 仍需要较长的一段时间才能实现产业化。比如， 大多数电化学酶传感器只是对单一组分中的污染 物具有响应，而传感器应用于监测实际样品中污 染物仍有许多亟待解决的实际问题。 生物传感器是一项崭新的技术手段，它在发 展中难免会遇到各种问题，但是它的应用前景和 自身优势毋庸置疑。可以预见，未来的电化学生 物传感器将实现功能多样化、微型化、智能化、 集成化等特点。相信随着大量资金的涌入和多学 科的融入，这些问题都将迎刃而解。
氧化还原电极 氧化还原电极是不同于离子选择电极的另一类 电位型电极。这里指的主要是零类电极
2、电流型电极
电化学生物传感器中采用电流型电极为信号 转换器的趋势日益增加，这是因为这类电极和电 位型电极相比有以下优点： ①电极的输出直接和被测物浓度呈线性关系， 不像电位型电极那样和被测物浓度的对数呈线性 关系。 ②电极输出值的读数误差所对应的待测物浓度 的相对误差比电位型电极的小。 ③电极的灵敏度比电位型电极的高。

（三）细胞传感器
定义：以动植物细胞作为生物敏感膜的 电化学传感器，此系酶电极的衍生型电极。 动植物细胞中的酶是反应的催化剂。 优点：与酶电极相比
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酶活性较 离析酶高
酶的稳定 性增大
材料易于 获得
应用
细胞传感器可用于诊断早期癌症，用人类脐 静脉内皮细胞通过三乙酸纤维素膜固定在离子选 择性电极上作为传感器，肿瘤细胞中VEGF刺激 细胞使电极电位发生变化从而测得VEGF浓度来 诊断癌症。
酶作用的底物 （显色剂） 固相的抗原 或抗体（免疫
必要的试剂
吸附剂）
酶标记的抗 原或抗体 （标记物）
酶联免疫吸附测定法（ELISA）
测量时，抗原（抗体）先结合在固相载体上，但仍保留其免疫活性， 然后加一种抗体（抗原）与酶结合成的偶联物（标记物），此偶联物仍保 留其原免疫活性与酶活性，当偶联物与固相载体上的抗原（抗体）反应结 合后，再加上酶的相应底物，即起催化水解或氧化还原反应而呈颜色。其 所生成的颜色深浅与欲测的抗原（抗体）含量成正比。
大肠杆菌改良型葡萄糖传感器
生物医学上
食品分析中 环境监测中
电化学酶传感器 可用于监测环境中 有机污染物、无机 污染物和重金属等。 ●食品工业生产的 在线监测 ●食品成分分析 ●食品添加剂分析 ●食品鲜度检验 ●食品滋味、气味 及成熟度的监测 ●基础研究 ●临床应用 ●生物医药
（二）免疫传感器
基本原理：采用抗原与抗体的特异反应将待测物与酶连接，然后通 过酶与底物产生颜色反应，用于定量测定。
选用具有离子交 换剂的载体，在适 宜的pH下，使酶分 子与离子交换剂通 过离子键结合起来， 形成固定化酶。
将酶分子包埋 在凝胶的细微格 子里制成固定化。 常用的凝胶 有：聚丙烯酸胺、 淀粉、明胶、聚 乙烯醇、海藻酸 钙、硅树脂
酶传感器应用
葡 萄 糖 传 感 器
检测血清中葡萄糖浓度
MWCNTs-HRP葡萄糖传感器
Contents
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概述 电化学生物传感器的信号转换器 电化学生物传感器的分类
生物传感器的展望
一.概述
定义：由生物材料作为敏感元件，电极 作为转换元件，以电势或电流为特征检 测信号的传感器。 种类：


原理：在利用生物传感器进行物质检测时,
待测物 质经扩散作用进入生物活性材料, 经分子识别, 发生 生物学反应, 产生的信息继而被相应的物理或化学换 能器转变成可定量和可处理的声、光、电等信号, 再 经2次仪表放大并输出, 便可知道待测物浓度。