生物传感器 PPT

原理
待测物质经扩散作用进入固定生物膜敏感层，经 分子识别而发生生物学作用，产生的信息如光、 热、音等被相应的信号转换器变为可定量和处理 的电信号，再经二次仪表放大并输出，以电极测 定其电流值或电压值，从而换算出被测物质的量 或浓度。
结构
分子识别元件
即感受器，具有分子识别能力的生物活性物质（如组织切 片、细胞、细胞器、细胞膜、酶、抗体、核酸、有机物分 子等）；
O2
O2 O2 CO2 CO2 燃料电池 燃料电池 pH pH
5～300
51～200
8～800 10～100 0.01～10 1～300
分类
根据信号转换器分： 电化学生物传感器（bioelectrode） 半导体生物传感器（semiconductbiosensor） 测热型生物传感器（calorimetricbiosensor） 测光型生物传感器（opticalbiosensor） 压电晶体生物传感器（piezoelectricbiosensor）
应用
与传统的分析方法相比，所具有的优点： 生物传感器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； 体积小，可以实现连续在线监测； 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；
应用
94
30 14 7 14
8×10-5～3×10-3mol/L 5×10-3～2.5×101U/mL
分类
微生物传感器
测定项目 葡萄糖 微生物 荧光假单胞菌 测定电极 O2 检测范围（mg/L） 5～200
乙醇
亚硝酸盐 维生素B12 谷氨酸 赖氨酸 维生素B1 甲酸 头孢菌素 烟酸
芸苔丝孢酵母
硝化菌 大肠杆菌 大肠杆菌 大肠杆菌 发酵乳杆菌 梭状芽胞杆菌 费式柠檬酸细菌 阿拉伯糖乳杆菌
分类
组织传感器
测定项目 谷氨酸 组织膜 木瓜 基础电极 CO2 稳定性／ 天 7 线性范围 2×10-4～1.3×102mol/L 3.4×10-5～1.5×103mol/L 1×10-4～1.1×102mol/L
尿素
L一谷氨酰 胺 多巴胺 丙酮酸 过氧化氢
夹克豆
肾 香蕉 玉米芯 肝
CO2
NH3 O2 CO2 O2
利用氨基酸氧化酶传感器可测定各种氨基酸（包括谷氨酸 、L-天冬氨酸、L-精氨酸等十几种氨基酸）。可测定食品 添加剂甜味剂、酸味剂、抗氧化剂等。
应用
在食品工业中的应用
Volpe等曾以黄嘌呤氧化酶为生物敏感材料，结合过氧化 氢电极，通过测定鱼降解过程中产生的一磷酸肌苷IMP， 肌苷HXP和次黄嘌呤HX的浓度，从未评价鱼的鲜度。
应用
在生物医学中的应用
用酶、免疫传感器等生物传感器来检测体液中的各种化学 成分，为医生的诊断提出依据。 美国YSI公司推出一种固定化酶型生物传感器，利用它可以 测定出运动员锻炼后血液中存在的乳酸水平或糖尿病患者 的葡萄糖水平。
应用
快速葡萄糖分析仪
应用
一种血糖乳酸自动分析仪
应用
德国研发的环境废水BOD分析仪
尿素
磷脂 乙醇 尿酸 L一谷氨酸 L一谷酰胺 L一酪氨酸
尿素酶
磷脂酶 乙醇氧化酶 尿酸酶 谷氨酸脱氨酶 谷酰胺酶 L一酪氨酸脱羧 酶
交联
共价 交联 交联 吸附 吸附 吸附
铵离子电极
铂电极 氧电极 氧电极 铵离子电极 铵离子电极 二氧化碳电 极
60
30 120 120 2 2 20
10～1×103
102～5×103 10～5×103 10～1×103 10～1×104 10～1×104 10～1×104
分类
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
分类
酶传感器
测定项目 葡萄糖 胆固醇 青霉素 酶 葡萄糖氧化酶 胆固醇酯酶 青霉素酶 固定化方法 共价 共价 包埋 使用电极 氧电极 铂电极 PH电极 稳定性／天 100 30 7～14 测定范围 （mg/ml） 1～5×102 10～5×103 10～1×103
生物传感器
农业与食品科学学院 研1301班
宋 亚
大纲
生物传感的概念、结构及原理 生物传感器的分类 生物传感器的应用
介绍
传感器 是一种信息获取与处理的装置。 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。 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 监控的装置。
传感器连同测定仪的成本远低于大型分析仪器，便于推广 普及。 分析操作简单。 对样品的颜色和浊度没有要求，即不要求样品清晰度。
电 信 号
分类
根据输出信号的产生方式分：
生物亲和型生物传感器 代谢型生物传感器
催化型生物传感器
分类
根据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（genesensor） 细胞传感器（organallsensor） 免疫传感器（immunolsensor）
应用
在农药与抗生素残留分析中的应用
Starodub等分别用乙酰胆碱酯酶AChE和丁酰胆碱酯酶 BChE为敏感材料，制作了离子敏场效应晶体管酶传感器 ，两种生物传感器均可用于蔬菜等样品中有机磷农药 DDVP和伏杀磷等的测定，检测限为10-7——10-5mol/L
应用
在食品工业中的应用
生物传感器可广泛应用于食品工业中，如对食品原料、半 成品和产品质量的检测，发酵生产中在线监测等。
转换器（换能器）
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。
原理
化学物质 热 光 质量 介电性质 分子识别 生物功能性膜 信号转换器 电极、半导体等 热敏电阻 光纤、光度计 压电晶体等 表面等离子共振
应用
在环境监测中的应用
利用环境中的微生物细胞如细菌、酵母、真菌用作识别元 件，这些微生物通常可从活性泥状沉积物、河水、瓦砾和 土壤中分离出来。 生物传感器在环境监测中应用最多的是水质分析。例如， 在河流中放入特制的传感器及其附件可进行现场监测。一 个典型应用是测定生化需氧量BOD。
应用
在环境监测中的应用 生物传感器也常用于空气质量检测。 监测CO2、NO2、NH3、CH4之类的气体Байду номын сангаас一种利 用噬硫杆菌的微生物传感器被研制出来，噬硫杆 菌被固定在两片硝化纤维薄膜之间，当微生物新 陈代谢增加时，溶解氧浓度下降，氧电极响应改 变，从而测出亚硫酸物含量，具有良好的应用前 景。