經(jīng)濟(jì)學(xué)生物傳感器學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1經(jīng)濟(jì)學(xué)生物經(jīng)濟(jì)學(xué)生物(shngw)傳感器傳感器第一頁，共65頁。2n本章小結(jié)本章小結(jié)第1頁/共65頁第二頁，共65頁。3n生物傳感器的特點(diǎn)生物傳感器的特點(diǎn)第2頁/共65頁第三頁，共65頁。4 年代年代 特點(diǎn)特點(diǎn) 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 60 60 生物傳生物傳感器初期感器初期 酶電極酶電極7070 發(fā)展時(shí)發(fā)展時(shí)期期 微生物傳感器，微生物傳感器，免疫傳感器，免疫傳感器，細(xì)胞類脂質(zhì)傳細(xì)胞類脂質(zhì)傳感器，組織傳感器，組織傳感器，生物親感器，生物親和傳感器和傳感器8080進(jìn)入生物進(jìn)入生物電子學(xué)傳電子學(xué)傳感器時(shí)期感器時(shí)期酶酶FETFET酶光二極管酶光二極管第3頁/共65頁第四頁，共65頁。5生物(shn

2、gw)傳感器的發(fā)展史(2)第4頁/共65頁第五頁，共65頁。6快速(kui s)葡萄糖分析儀第5頁/共65頁第六頁，共65頁。7第6頁/共65頁第七頁，共65頁。8血糖乳酸(r sun)自動(dòng)分析儀第7頁/共65頁第八頁，共65頁。9第8頁/共65頁第九頁，共65頁。10第9頁/共65頁第十頁，共65頁。11敏感元件酶、抗體(kngt)、核酸、細(xì)胞等。轉(zhuǎn)換器電化學(xué)電極光學(xué)檢測(cè)(jin c)元件場(chǎng)效應(yīng)晶體管壓電石英晶體酶 (Enzyme)抗體(Antibody)DNA+第10頁/共65頁第十一頁，共65頁。12 分子識(shí)別元件分子識(shí)別元件 生物活性材料生物活性材料酶膜酶膜全細(xì)胞膜全細(xì)胞膜組織膜組織膜

3、細(xì)胞器膜細(xì)胞器膜免疫功能膜免疫功能膜各類酶類各類酶類細(xì)菌，真菌，動(dòng)植物細(xì)胞細(xì)菌，真菌，動(dòng)植物細(xì)胞動(dòng)植物組織切片動(dòng)植物組織切片線粒體，葉綠體線粒體，葉綠體抗體，抗原，酶標(biāo)抗原等抗體，抗原，酶標(biāo)抗原等第11頁/共65頁第十二頁，共65頁。13信號(hào)轉(zhuǎn)換器變?yōu)榭啥?dngling)和處理的電/光信號(hào)，再經(jīng)二次儀表放大并輸出，以電極測(cè)定其電流值或電壓值，從而換算出被測(cè)物質(zhì)的量或濃度。第12頁/共65頁第十三頁，共65頁。148.物質(zhì)物質(zhì)變化變化聲聲生物(shngw)敏感膜電化學(xué)器件熱敏元件光敏元件聲敏元件 第13頁/共65頁第十四頁，共65頁。15第14頁/共65頁第十五頁，共65頁。16熱輻射熱傳導(dǎo)

4、第15頁/共65頁第十六頁，共65頁。17固定化酶光檢測(cè)器第16頁/共65頁第十七頁，共65頁。18直按產(chǎn)生(chnshng)電信號(hào)方式的生物傳感器 例：Cass 等提出(t ch)一種測(cè)定葡萄糖的傳感器，是用二茂絡(luò)鐵為電子傳遞體。 G、GL代表葡萄糖和葡萄糖內(nèi)脂，GODox和GODred為氧化型和還原型的葡萄糖氧化酶，而Fecp2R和Fecp2R+則為還原型和氧化型二茂絡(luò)鐵。 葡萄糖被GOD氧化的同時(shí)(tngsh)，GOD被還原成GODred，氧化型的電子傳遞體2Fecp2R+可將GODred再氧化成GODox， 2Fecp2R在陽極上電化學(xué)氧化生成2Fecp2R+。反應(yīng)直接在電極表面上發(fā)生

5、第17頁/共65頁第十八頁，共65頁。19第18頁/共65頁第十九頁，共65頁。20第19頁/共65頁第二十頁，共65頁。21固定化細(xì)胞器生物組織切片微生物傳感器分子識(shí)別(shbi)元件酶?jìng)鞲衅髅庖?miny)傳感器細(xì)胞器傳感器組織傳感器按分子識(shí)別元件分類第20頁/共65頁第二十一頁，共65頁。22n熱敏電阻壓電晶體介體生物(shngw)傳感器換能器半導(dǎo)體生物傳感器生物電極光生物傳感器熱生物傳感器壓電晶體生物傳感器第21頁/共65頁第二十二頁，共65頁。23固定化技術(shù)：把生物活性材料與載體固定化成為生物敏感膜。物理(wl)方法：夾心法、吸附法、包埋法；化學(xué)方法: 共價(jià)連接法、交聯(lián)法； 近年來,

6、 由于半導(dǎo)體生物傳感器迅速發(fā)展, 因而又出現(xiàn)了采用集成電路工藝制膜技術(shù)。第22頁/共65頁第二十三頁，共65頁。24生物量大，響生物量大，響應(yīng)速度快，重應(yīng)速度快，重復(fù)性好。復(fù)性好。第23頁/共65頁第二十四頁，共65頁。25離子交換體等。離子交換體等。第24頁/共65頁第二十五頁，共65頁。26第25頁/共65頁第二十六頁，共65頁。27 A. 單體氧化劑配比為1:2 B. 單體氧化劑配比為1:4C. 單體氧化劑配比為1:5 D. 單體氧化劑配比為1:6 E聚合反應(yīng)時(shí)間為15分鐘 F. 聚合反應(yīng)時(shí)間為25分鐘G. 聚合反應(yīng)時(shí)間為35分鐘 第26頁/共65頁第二十七頁，共65頁。28第27頁/共

7、65頁第二十八頁，共65頁。29第28頁/共65頁第二十九頁，共65頁。30 為了獲得高靈敏度和穩(wěn)定性的生物傳感器，應(yīng)能有效控制酶在電極表面的存在形式，維持高的有序程度。 LB膜技術(shù)(jsh)是很好的模擬生物膜的技術(shù)(jsh)，可用于將酶和其它物質(zhì)修飾到電極表面。 Langmuir-Blodgett （LB）膜技術(shù)第29頁/共65頁第三十頁，共65頁。31LB膜成膜過程(guchng)第30頁/共65頁第三十一頁，共65頁。32第31頁/共65頁第三十二頁，共65頁。33 酶?jìng)鞲衅鳎好该舾心?電化學(xué)器件酶的催化作用是在一定(ydng)條件下使底物分解，故酶的催化作用實(shí)質(zhì)上是加速底物分解速度。

8、第32頁/共65頁第三十三頁，共65頁。34 酶電極：酶?jìng)鞲衅饔晒潭负突A(chǔ)電極組成，酶電極的設(shè)計(jì)主要考慮酶催化過程產(chǎn)生(chnshng)或消耗的電極活性物質(zhì)，如一個(gè)酶催化反應(yīng)是耗過程，就可以使用 電 極 或 電 極 ； 若 酶 催 化 反 應(yīng) 過 程 產(chǎn) 生(chnshng)酸，即可使用電極。第33頁/共65頁第三十四頁，共65頁。35第34頁/共65頁第三十五頁，共65頁。36 故葡萄糖濃度(nngd)測(cè)試方法有三種：測(cè)耗量測(cè)生成量 測(cè)由葡萄糖酸而產(chǎn)生的變化。 葡萄糖氧化酶（）葡萄糖+H2O葡萄糖酸第35頁/共65頁第三十六頁，共65頁。37第36頁/共65頁第三十七頁，共65頁。38第3

9、7頁/共65頁第三十八頁，共65頁。39第38頁/共65頁第三十九頁，共65頁。40層層第39頁/共65頁第四十頁，共65頁。41H2O2 O2+2H+2e第40頁/共65頁第四十一頁，共65頁。42第41頁/共65頁第四十二頁，共65頁。43微生物固定化膜封閉式氧電極(dinj)或CO2電極(dinj)第42頁/共65頁第四十三頁，共65頁。447.7.PtPt第43頁/共65頁第四十四頁，共65頁。45第44頁/共65頁第四十五頁，共65頁。46微生物固定化模電化學(xué)敏感電極被測(cè)物質(zhì)新陳代謝變化（代謝機(jī)能）電信號(hào)第45頁/共65頁第四十六頁，共65頁。47第46頁/共65頁第四十七頁，共65

10、頁。48第47頁/共65頁第四十八頁，共65頁。49第48頁/共65頁第四十九頁，共65頁。50要變化。故根據(jù)抗體膜電位的變要變化。故根據(jù)抗體膜電位的變化，可測(cè)知抗體的附量?；?，可測(cè)知抗體的附量。第49頁/共65頁第五十頁，共65頁。513室注入含有(hn yu)抗體的鹽水抗體(kngt)與固定化抗原膜上的抗原相結(jié)合膜表面吸附抗體膜帶電狀態(tài)變化1、2室內(nèi)的電極產(chǎn)生電位差第50頁/共65頁第五十一頁，共65頁。52第51頁/共65頁第五十二頁，共65頁。53酶光敏二極管的結(jié)構(gòu)(jigu)第52頁/共65頁第五十三頁，共65頁。54工作原理： 當(dāng)二極管表面接觸到過氧化氫時(shí)，由于過氧化氫酶的催化作用

11、，加速發(fā)光反應(yīng)，產(chǎn)生的光子照射到硅光敏二極管pn結(jié)點(diǎn)，從而改變了二極管的導(dǎo)通狀態(tài)。即將發(fā)光效應(yīng)(xioyng)轉(zhuǎn)換成光敏二極管的光電流，從而檢測(cè)出過氧化氫及其濃度大小。第53頁/共65頁第五十四頁，共65頁。55第54頁/共65頁第五十五頁，共65頁。56NoImagepHFRTEE303.20第55頁/共65頁第五十六頁，共65頁。57舉例：用電子聚合物將丁酰膽堿脂酶固定在ISFET 電極的敏感柵極上來測(cè)定敵敵畏（1） 檢測(cè)原理：溶液pH 值變化的減少量(即抑制率) 與農(nóng)藥的濃度呈相關(guān)關(guān)系（2）器件(qjin)設(shè)計(jì) 電子聚合物生物傳感器陣列單元的MOS場(chǎng)效應(yīng)管剖面示意圖其中(qzhng)，4

12、是Si3N4 鈍化層，5是電子聚合物層, 6是生物材料層 第56頁/共65頁第五十七頁，共65頁。58場(chǎng)效應(yīng)管芯片(xn pin)的梳狀結(jié)構(gòu)示意圖 第57頁/共65頁第五十八頁，共65頁。59（3）制備工藝采用標(biāo)準(zhǔn)的MOS工藝制作出MOS場(chǎng)效應(yīng)管 ；刻蝕去除柵區(qū)的金屬鋁 ；運(yùn)用PVD法在梳狀柵區(qū)沉積Si3N4鈍化層 （80-150 nm）；采用自組裝法在Si3N4鈍化層上制備厚度為1-2m的電子聚合物層 (PEDOT)；在PEDOT層上沉積23 m的生物活性材料(cilio)酶 ； 引線、封裝 。第58頁/共65頁第五十九頁，共65頁。60電子聚合物ENFET的性能(xngnng)測(cè)試系統(tǒng) 第

13、59頁/共65頁第六十頁，共65頁。6101002003004005006007003.353.403.453.503.553.603.653.703.753.803.85H+ 離子濃 度減小IDS (mA)Time (s)電子(dinz)聚合物ENFET在不同pH值的緩沖溶液中的電流值與時(shí)間的關(guān)系由上而下，其pH值分別為6.2，6.8，7.5，8.6，9.2 6.06.57.07.58.08.59.09.53.33.43.53.63.73.83.9IDS (mA)pH第60頁/共65頁第六十一頁，共65頁。620501001502002503004.654.704.754.804.854.904.95IDS (mA)Time(s)底 物 7.26x10-6 mol/l 3.62x10-5 mol/l 1.45x10-4 mol/l 2.9x10-4 mol