生物传感器
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)。
质相作用并生成产物，信号转换器将底物的消耗或产 物的增加转变为输出信号，这类传感器称为代谢型传 感器，其反应形式可表示为：
S（底物）＋R（受体）= SR → P（生成物）
精品课件
精品课件
精品课件
精品课件
生物活性材料固定化技术
使用生物活性材料作为生物敏感膜，必须研究如何使 用生物活性材料固定在载体（或称基质）上，这种结 合技术称为固定化技术。在研制传感器时，关键是把 生物活性材料与载体固定化成为生物敏感膜。
被测组分的分离和检测统一为一体，测定时一般不需另加其他试剂, 使测定过程简便迅速，容易实现自动分析。 可进入生物体内，进行活体分析。 对被检测物质具有极好的选择性，噪音低。 经固定化处理后，可保持长期生物活性，传感器可反复使用。 传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪，因而便于推广普及。
主要缺点是寿命较短。
精品课件
3.生物传感器分类
根据传感器输出信号的产生方式,可分为生物亲合型 生物传感器、代谢型或催化型生物传感器。
根据生物传感器中生物分子识别元件上的敏感材料可 分为酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、组织传 感器、基因传感器、细胞及细胞器传感器。
根据生物传感器的信号转换器可分为电化学生物传感 器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型 生物传感器、测声型生物传感器等。
上第一个生物传感器 20世纪70年代中期，生物传感器技术的成功主要集中在对生物活
性物质的探索、活性物质的固定化技术、生物电信息的转换以及 生物传感器等研究，如Divies首先提出用固定化细胞与氧电极配 合，组成对醇类进行检测所谓“微生物电极”。 1977年，钤木周一等发表了关于对生化需氧量(BOD)进行快速测 定的微生物传感器的报告，并在微生物传感器对发酵过程的控制 等方面作了详细报导，正式提出了对生物传感器的命名。
精品课件
精品课件
生物敏感膜
利用生物体内具有特殊功能的物质制成 的膜与被测物质接触时伴有物理、化学 变化的生化反应可以进行分子识别。
生物敏感膜是生物传感器的关键元件， 它直接决定着传感器的功能与质量。
精品课件
精品课件
信号转换器
信号转换器是将分子识别元件进行识别 时所产生的化学的或物理的变化转换成 可用信号的装置。生物传感器的信号转 换器已有许多种，其中到目前为止用得 最多的且比较成熟的是电化学电极，用 它组成的生物传感器称为电化学生物传 感器。
固定化生物敏感膜应该具有的特点： ①对被测物质选择性好、专一性好 ②性能稳定 ③可以反复使用，长期保持其生理活性 ④使用方便
精品课件
常用载体： ①丙烯酰胺聚合物、甲基丙烯系聚合物等合成高分子 ②胶原、右旋糖酐、纤维素、淀粉等天然高分子 ③陶瓷、不锈钢、玻璃等无机物
常用的固定化方法： 夹心法、吸附法、包埋法、共价连接法、交联法
生物传感器
精品课件
待测物
敏感元件 转换器
是一门由生物、化学、物理、医学、电 子技术等多种学科互相渗透成长起来的 高新技术。
应用领域：环境监测、食品分析、生物 医学
精品课件
精品课件
开端于20世纪60年代。 1962年克拉克等人报道了用葡萄糖氧化酶与氧电极组合检测葡萄
糖的结果, 最早提出了生物传感器(酶传感器)的原理。 1967年实现了酶的固定化技术,研制成功酶电极,这被认为是世界
精品课件
生物传感器(biosensor)是利用某些生物活性物质所具有 的高度选择性来识别待测化学物质的一类传感器。
生物传感器通常是指由一种生物敏感部件和转化 器紧密结合，对特定种类化学物质或生物活性物 质具有选择性和可逆响应的分析装置。
它是对物质在分子水平上进行快速和微量分析的 方法。
精品课件
精品课件
生物亲合型传感器 被测物质与分子识别元件上的敏感物质具有
生物亲合作用，即二者能特异地相结合，同时引起敏 感材料的分子结构和/或固定介质发生变化，如电荷、 温度、光学性质等的变化。反应式可表示为：
S（底物）+ R（受体） = SR
精品课件
代谢型或催化型传感器 底物（被测物）与分子识别元件上的敏感物
精品课件
将光信号转变为电信号
例如，过氧化氢酶能催化过氧化氢/鲁米诺体系 发光，因此如设法将过氧化氢酶膜附着在光纤 或光敏二极管的前端，再和光电流测定装置相 连,即可测定过氧化氢含量。
还有很多细菌能与特定底物发生反应，产生荧光， 也可以用这种方法测定底物浓度。
精品课件
Байду номын сангаас
2.生物传感器的特点
操作简单，需用样品少，能在短时间内完成测定。 一般不需进行样品的预处理，它利用本身具备的优异选择性把样品中
精品课件
将化学变化转变成电信号
以酶传感器为例，酶催化特定底物发生反 应，从而使特定生成物的量有所增减。 用能把这类物质的量的改变转换为电信 号的装置和固定化酶耦合，即组成酶传 感器。常用转换装置有氧电极、过氧化 氢电极。
精品课件
将热变化转换成电信号
固定化的生物材料与相应的被测物作用 时常伴有热的变化。例如大多数酶反应 的热焓变化量在25-100kJ/mol的范围。 这类生物传感器的工作原理是把反应的 热效应借热敏电阻转换为阻值的变化,后 者通过有放大器的电桥输入到记录仪中。
精品课件
1)酶生物传感器
酶传感器是由酶传感器和电化学器件构成的。 由于酶是蛋白质组成的生物催化剂，能催化许 多生物化学反应。酶的催化效率极高，而且具 有高度专一性，即能对待测生物量（底物）进 行选择性催化，并且有化学放大作用。因此利 用酶的特性可以制造出高灵敏度、选择性好的 传感器。
精品课件
精品课件
精品课件
精品课件
精品课件
葡萄糖酶传感器工作原理与检测过程
当测量时，葡萄糖酶传感器插入到被测葡萄糖溶液中，由于酶
1.原理
生物传感器的结构一般是在基础传感器(如电 化学装置）上再耦合一个生物敏感膜（称为感 受器或敏感元件）。生物敏感膜紧贴在探头表 面上，再用一种半渗透膜与被测溶液隔开。当 待测溶液中的成分透过半透膜有选择地附着于 敏感物质上时，形成复合体，随之进行生化和 电化学反应，产生普通电化学装置能感知的O2、 H2、NH4+、CO2等或光声等信号，并通过信号转 换元件转换为电信号。
S（底物）＋R（受体）= SR → P（生成物）
精品课件
精品课件
精品课件
精品课件
生物活性材料固定化技术
使用生物活性材料作为生物敏感膜，必须研究如何使 用生物活性材料固定在载体（或称基质）上，这种结 合技术称为固定化技术。在研制传感器时，关键是把 生物活性材料与载体固定化成为生物敏感膜。
被测组分的分离和检测统一为一体，测定时一般不需另加其他试剂, 使测定过程简便迅速，容易实现自动分析。 可进入生物体内，进行活体分析。 对被检测物质具有极好的选择性，噪音低。 经固定化处理后，可保持长期生物活性，传感器可反复使用。 传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪，因而便于推广普及。
主要缺点是寿命较短。
精品课件
3.生物传感器分类
根据传感器输出信号的产生方式,可分为生物亲合型 生物传感器、代谢型或催化型生物传感器。
根据生物传感器中生物分子识别元件上的敏感材料可 分为酶传感器、微生物传感器、免疫传感器、组织传 感器、基因传感器、细胞及细胞器传感器。
根据生物传感器的信号转换器可分为电化学生物传感 器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型 生物传感器、测声型生物传感器等。
上第一个生物传感器 20世纪70年代中期，生物传感器技术的成功主要集中在对生物活
性物质的探索、活性物质的固定化技术、生物电信息的转换以及 生物传感器等研究，如Divies首先提出用固定化细胞与氧电极配 合，组成对醇类进行检测所谓“微生物电极”。 1977年，钤木周一等发表了关于对生化需氧量(BOD)进行快速测 定的微生物传感器的报告，并在微生物传感器对发酵过程的控制 等方面作了详细报导，正式提出了对生物传感器的命名。
精品课件
精品课件
生物敏感膜
利用生物体内具有特殊功能的物质制成 的膜与被测物质接触时伴有物理、化学 变化的生化反应可以进行分子识别。
生物敏感膜是生物传感器的关键元件， 它直接决定着传感器的功能与质量。
精品课件
精品课件
信号转换器
信号转换器是将分子识别元件进行识别 时所产生的化学的或物理的变化转换成 可用信号的装置。生物传感器的信号转 换器已有许多种，其中到目前为止用得 最多的且比较成熟的是电化学电极，用 它组成的生物传感器称为电化学生物传 感器。
固定化生物敏感膜应该具有的特点： ①对被测物质选择性好、专一性好 ②性能稳定 ③可以反复使用，长期保持其生理活性 ④使用方便
精品课件
常用载体： ①丙烯酰胺聚合物、甲基丙烯系聚合物等合成高分子 ②胶原、右旋糖酐、纤维素、淀粉等天然高分子 ③陶瓷、不锈钢、玻璃等无机物
常用的固定化方法： 夹心法、吸附法、包埋法、共价连接法、交联法
生物传感器
精品课件
待测物
敏感元件 转换器
是一门由生物、化学、物理、医学、电 子技术等多种学科互相渗透成长起来的 高新技术。
应用领域：环境监测、食品分析、生物 医学
精品课件
精品课件
开端于20世纪60年代。 1962年克拉克等人报道了用葡萄糖氧化酶与氧电极组合检测葡萄
糖的结果, 最早提出了生物传感器(酶传感器)的原理。 1967年实现了酶的固定化技术,研制成功酶电极,这被认为是世界
精品课件
生物传感器(biosensor)是利用某些生物活性物质所具有 的高度选择性来识别待测化学物质的一类传感器。
生物传感器通常是指由一种生物敏感部件和转化 器紧密结合，对特定种类化学物质或生物活性物 质具有选择性和可逆响应的分析装置。
它是对物质在分子水平上进行快速和微量分析的 方法。
精品课件
精品课件
生物亲合型传感器 被测物质与分子识别元件上的敏感物质具有
生物亲合作用，即二者能特异地相结合，同时引起敏 感材料的分子结构和/或固定介质发生变化，如电荷、 温度、光学性质等的变化。反应式可表示为：
S（底物）+ R（受体） = SR
精品课件
代谢型或催化型传感器 底物（被测物）与分子识别元件上的敏感物
精品课件
将光信号转变为电信号
例如，过氧化氢酶能催化过氧化氢/鲁米诺体系 发光，因此如设法将过氧化氢酶膜附着在光纤 或光敏二极管的前端，再和光电流测定装置相 连,即可测定过氧化氢含量。
还有很多细菌能与特定底物发生反应，产生荧光， 也可以用这种方法测定底物浓度。
精品课件
Байду номын сангаас
2.生物传感器的特点
操作简单，需用样品少，能在短时间内完成测定。 一般不需进行样品的预处理，它利用本身具备的优异选择性把样品中
精品课件
将化学变化转变成电信号
以酶传感器为例，酶催化特定底物发生反 应，从而使特定生成物的量有所增减。 用能把这类物质的量的改变转换为电信 号的装置和固定化酶耦合，即组成酶传 感器。常用转换装置有氧电极、过氧化 氢电极。
精品课件
将热变化转换成电信号
固定化的生物材料与相应的被测物作用 时常伴有热的变化。例如大多数酶反应 的热焓变化量在25-100kJ/mol的范围。 这类生物传感器的工作原理是把反应的 热效应借热敏电阻转换为阻值的变化,后 者通过有放大器的电桥输入到记录仪中。
精品课件
1)酶生物传感器
酶传感器是由酶传感器和电化学器件构成的。 由于酶是蛋白质组成的生物催化剂，能催化许 多生物化学反应。酶的催化效率极高，而且具 有高度专一性，即能对待测生物量（底物）进 行选择性催化，并且有化学放大作用。因此利 用酶的特性可以制造出高灵敏度、选择性好的 传感器。
精品课件
精品课件
精品课件
精品课件
精品课件
葡萄糖酶传感器工作原理与检测过程
当测量时，葡萄糖酶传感器插入到被测葡萄糖溶液中，由于酶
1.原理
生物传感器的结构一般是在基础传感器(如电 化学装置）上再耦合一个生物敏感膜（称为感 受器或敏感元件）。生物敏感膜紧贴在探头表 面上，再用一种半渗透膜与被测溶液隔开。当 待测溶液中的成分透过半透膜有选择地附着于 敏感物质上时，形成复合体，随之进行生化和 电化学反应，产生普通电化学装置能感知的O2、 H2、NH4+、CO2等或光声等信号，并通过信号转 换元件转换为电信号。