《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課件-8.1-1生物傳感器原理及應(yīng)用

生物傳感器原理及應(yīng)用01生物傳感器的工作原理0203生物傳感器的應(yīng)用

目錄最常用的生物傳感器一

、生物傳感器的工作原理

生物傳感器是在基礎(chǔ)傳感器上耦合一個(gè)生物敏感膜形成的，生物功能膜上附著有生物傳感器的敏感物質(zhì)。被測(cè)量溶液中待測(cè)定的物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入生物敏感膜層，經(jīng)分子識(shí)別或發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)，其所產(chǎn)生的信息可通過相應(yīng)的化學(xué)或物理原理轉(zhuǎn)變成可定量和可顯示的電信號(hào)，通過電信號(hào)的分析就可知道被測(cè)物質(zhì)的成分或濃度。圖8-1生物傳感器工作原理示意圖二、最常用的生物傳感器

1.酶?jìng)鞲衅?/p>

由分子識(shí)別功能的固定化酶膜與電化學(xué)裝置兩部分構(gòu)成。由于酶是蛋白質(zhì)組成的生物催化劑，能催化許多生物化學(xué)反應(yīng)。酶的催化效率極高，具有高度專一性，并且有化學(xué)放大作用，因此利用酶的特性可以制造出高靈敏度、選擇性好的傳感器。酶的催化反應(yīng)公式：酶的催化作用是在一定的條件下使底物分解，故酶的催化作用實(shí)際上是加速底物的分解速度。

二、最常用的生物傳感器1.酶?jìng)鞲衅?/p>

當(dāng)把裝有酶膜的酶?jìng)鞲衅鞑迦朐囈簳r(shí)，被測(cè)物質(zhì)在固定化酶膜上發(fā)生催化化學(xué)反應(yīng)，生成或消耗電極活性物質(zhì)，用電化學(xué)測(cè)量裝置(如電極)測(cè)定反應(yīng)中電極活性物量的變化，電極就能把被測(cè)物質(zhì)的濃度變換成電信號(hào)，從被測(cè)物質(zhì)濃度與電信號(hào)之間的關(guān)系就可測(cè)定未知濃度，如下圖所示酶?jìng)鞲衅鞯脑硎疽鈭D。二、最常用的生物傳感器

1.酶?jìng)鞲衅?/p>

應(yīng)用：利用酶?jìng)鞲衅骺梢詼y(cè)定各種糖、氨基酸、無機(jī)離子等，在醫(yī)療、食品、發(fā)酵工業(yè)和環(huán)境分析等領(lǐng)域獲得多方面的應(yīng)用。例如：酶?jìng)鞲衅骺梢杂糜谒|(zhì)監(jiān)測(cè)：酚是一類對(duì)人體有害的化合物，經(jīng)常通過煉油和煉焦等工廠的廢水排放到河流和湖泊中。根據(jù)測(cè)定水中酚含量的需要，科學(xué)家利用固定化多酚氧化酶研制成多酚氧化酶?jìng)鞲衅?，這種酶?jìng)鞲衅骺煽焖贉y(cè)定出水中質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅有的酚。二、最常用的生物傳感器

2.葡萄糖傳感器

葡萄糖是典型的單糖類，測(cè)定血液中葡萄糖濃度對(duì)糖尿病患者作臨床檢查是很重要的。葡萄糖傳感器是以葡萄糖氧化酶(GOD)為生物催化劑，氧電極為電化學(xué)測(cè)量裝置，通過測(cè)定酶作用后氧含量的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)糖的測(cè)量，如下圖所示葡萄糖傳感器的原理示意圖。

二、最常用的生物傳感器

2.葡萄糖傳感器

圖中試料中的葡萄糖因葡萄糖氧化酶的作用被氧化，反應(yīng)方程為：

上式表明可以通過測(cè)量氧的消耗量、或H2O2的生成量、或由葡萄糖酸引起的PH值的變化來測(cè)量葡萄糖的濃度。因此，從溶液中向電極擴(kuò)散的氧氣一部分因酶反應(yīng)而被消耗掉，到達(dá)電極的氧氣量減少，由氧電極測(cè)定氧濃度的變化即可知道葡萄糖的濃度。二、最常用的生物傳感器

3.微生物傳感器

微生物傳感器由固定化微生物膜及電化學(xué)裝置組成，微生物膜的固定法與酶的固定方式相同，一般用吸附法和包裹法兩種。微生物的生存特性對(duì)氧氣有好氣性與厭氣性之分，因此其傳感器可分為:

好氣性微生物傳感器厭氣性微生物傳感器二、最常用的生物傳感器好氣性微生物在含氧條件下生存，生長(zhǎng)過程離不開氧，它吸入氧氣而放出二氧化碳，這種微生物的呼吸可用氧電極或二氧化碳電極來測(cè)定。將微生物固定化膜與氧電極或二氧化碳電極組合在一起，構(gòu)成呼吸型微生物傳感器。

1）好氣性微生物傳感器

二、最常用的生物傳感器

厭氣性微生物的生長(zhǎng)會(huì)受到氧的妨礙，可由其生成的二氧化碳或代謝產(chǎn)物量來測(cè)定其生理狀態(tài)。當(dāng)測(cè)定微生物的代謝生成物時(shí)，可用離子選擇電極來測(cè)定，如右圖所示用氫生菌固定膜，它能使有機(jī)物氧化生成氫，氫通過膜并在鉑電極表面擴(kuò)散、氧化，即可產(chǎn)生電流，其值與試液中有機(jī)物的濃度有關(guān)，可測(cè)定有機(jī)物的濃度。2）厭氣性微生物傳感器

三、生物傳感器的應(yīng)用生物傳感器目前仍處于開發(fā)階段，具有廣泛的應(yīng)用前景。特別是隨著生物醫(yī)學(xué)工程迅速發(fā)展，對(duì)生物傳感器的需求更為迫切，下表列出了生物傳感器在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。由于醫(yī)療診斷的需要，很多場(chǎng)合要求生物傳感器置入體內(nèi)檢測(cè)，并直接顯示測(cè)量結(jié)果。因此，研究、開發(fā)集成化微型生物傳感器是生物傳感器發(fā)展的重要方向之一。

三、生物傳感器的應(yīng)用

生物傳感器可以用在乳品、含糖酒品等許多食品的分析上。比如用乳酸傳感器可以測(cè)定牛乳鮮度，用葡萄糖傳感器鑒別奶中的糊精。生物傳感器（如尿素、蔗糖