生物电化学传感器

电极经修饰后，其表面具有了某些新的功能，这对于提高电极的灵敏度和选择性、改善电极的稳定性和重现性以及开展电化学研究都是有利的。

1、化学分析：

化学修饰电极作为化学传感器已广泛的应用于无机离子及有机化合物的测定。

例如：环境分析中用于重金属离子及多种污染物的检测，能同时测定多种离子，具有很高的灵敏度

2、生物分析

直接用于多种生物物质如蛋白质、DNA、神经递质以及代谢调控分子的检测构建各类生物电化学传感器

是一种将生物化学反应能转化为电信号的装置。通常将生物成分，如酶、抗原/抗体、植物或动物组织等连接到电极表面，起到生物分子识别或生物化学受体的作用。

分类：

酶传感器、免

疫传感器、微生物

传感器和动植物组

织传感器等

免疫法是利用抗体与抗原或半抗原之间的选择性反应而建立起来的分析方法，它具有很很高的选择性和低的检出限。

电化学免疫传感器是基于抗原与抗体而进行特异性的定量或半定量分析的集成器件，可以应用于多种抗原、半抗原或抗体的检测。

可分为电位型和电流型两种主要类型

1、电位型免疫传感器

电位型免疫传感器是根据免疫反应过程中某种离子电位的变化来实现抗原或抗体的检测。

例如，利用碘离子选择性电极作为基底电极可制备出测定乙型肝炎抗原的传感器。制作这种传感器时需要将乙型肝炎抗体固定在碘离子选择性电极表面的蛋白质膜上。测定时，将此传感器插入含有乙型肝炎抗原的溶液中，使抗原和抗体结合，再用过氧化物酶标记的免疫球蛋白抗体处理这时就形成了抗体/抗原/抗体夹心式结构。

将此传感器插入过氧化氢和碘化物的溶液中，在过氧化物酶标记的免疫球蛋白的催化作用下，过氧化氢在过氧化物酶的催化下被还原，而碘化物因被氧化而消耗，碘离子选择性电极上测定的碘离子浓度减少量于乙型肝炎抗原的两成正比，由此可以推算乙型肝炎抗原的浓度。

2、电流型免疫传感器

通常利用标记物，例如酶，将免疫新号放大以后，间接测定抗原和抗体

根据检测信号的不同，酶传感器有电位和电流型之分。　

电位型是指根据各种离子在感应膜上产生的电位，进一步显示出参与反应的各种离子浓度的方法，所需元件有氨电极、氢电极和二氧化碳电极等。

　电流型是指通过电极活性物质(如某些离子)的正负电极处发生化学反应所产生的电流值来检测被测物质浓度的方法，所需元件有氧电极、过氧化氢电极等。

1、以氧作为电子受体的酶传感器

是由一种称为Clark型氧电极来制备的，用透气膜将酶包裹固定在氧电极表面。

2、介体型酶传感器

所谓介体是一种具有良好电化学活性的相对分子质量小的化合物，它担负着从酶的氧化还原中心到电极表面传递电子的作用。

在催化还原过程中，介体首先与还原型的酶反应，然后扩散到电极表面并进行快速的电子交换。

介体需要满足的条件：

1、能够快速地与还原型的酶反应；

2、具有可逆的异相反应动力学行为；

3、生成氧化型介体的过电位低且与pH无关；

4、它的氧化态或还原态都是稳定的；

5、还原型介体不与氧发生反应；

6、在应用中无毒化作用。

3、直接电子传递型酶传感器

前两种都是间接测定发方法

人们感兴趣的仍然是酶的直接电化学方法

现在还没有制备这类电极的普遍方法，但是这类酶传感器不断地被发现。

酶电极的制备都需要将生物成分（酶、抗体、抗原）固定在电极表面，常用的方法有：

1、夹心法

2、包埋法

3、交联法

4、共价键合法

5、吸附法

1、夹心法

把生物成分放置在双层透气膜之间，形成夹心结构，再将其固定在电极表面。

例如，将葡萄糖氧化酶固定在两片透气膜之间，然后用圆形橡皮筋固定在氧电极表面，这就制成了葡糖糖传感器，也是最早的酶电极。

2、交联法

通过双（多）功能团试剂让酶分子与凝胶/聚合物交联形成网状结构而使酶固定。

最常用的交联剂是戊二醛，它能在温和条件下与酶蛋白上的-NH2残基反应。惰性蛋白（如牛血清蛋白）常用来形成酶

膜，因它含有丰富的赖氨基残基，易于和

戊二醛作用形成非水溶性的聚合物膜，其

形成的交联网状结构如下图所示。

3、包埋法

该技术是将生物成分包埋在双层透气膜、溶液-凝胶、电化学聚合物膜、碳糊等材料中而实现固定。如在溶胶-凝胶中，酶与硅酸酯形成氢键，使之构象不易变化，同时又与硅酸酯中的甲基等疏水基团相互作用，既能保持生物成分的活性，又能防止其从凝胶膜内泄漏。

4、共价键合法

生物成分与电极表面通过共价键结合而固定的方法。

5、吸附法

通过物理吸附（基于离子的、极性的、亲油性等）或化学吸附将酶固定在电极表面。

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