電化學(xué)酶生物傳感器

1、電化學(xué)酶生物(shngw)傳感器2014年5月于青島(qn do)共二十九頁電化學(xué)酶傳感器的原理(yunl) 電化學(xué)酶傳感器是由生物酶膜與各種電極(dinj)如離子選擇電極(dinj)、氣敏電極(dinj)、氧化還原電極(dinj)等電化學(xué)電極(dinj)組合而成或?qū)⒚改ぶ苯庸潭ㄔ诨w電極(dinj)上制成的生物傳感器。根據(jù)輸出信號的不同酶電極(dinj)可分為電流型和電位型兩種類型。共二十九頁5.2.1 電流(dinli)型酶傳感器 電流型酶電極傳感器將酶催化反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)發(fā)生電極反應(yīng)所產(chǎn)生的電流響應(yīng)作為測量信號，在一定條件下，利用測得的電流信號與被測物活度或濃度的函數(shù)關(guān)系，來測定樣品(yn

2、gpn)中某一生物組分的活度或濃度。 酶的分子識別功能及其反應(yīng)過程的示意圖 共二十九頁 酶電極(dinj)制備過程中的關(guān)鍵在于酶的固定化，固定化的目的在于保持酶穩(wěn)定性的同時，盡可能使酶膜與敏感元件緊密接觸，這樣酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物可以很快地被酶敏感元件所感知并產(chǎn)生相應(yīng)的信號。 酶的固定化共二十九頁酶活性中心黃素(hun s)腺嘌呤二核苷酸（FAD)Horseradish Peroxidase 亞鐵血紅素（Hemin)共二十九頁模擬(mn)辣根過氧化物酶（G-四鏈體-hemin 復(fù)合物）共二十九頁5.2.2 酶電極(dinj)傳感器的發(fā)展三代(sn di)電流型酶傳感器基本原理示意圖(A)第一代，(

3、B)第二代，(C)第三代 共二十九頁葡萄糖傳感器葡萄糖氧化酶 （GOx） 血液中的糖稱為血糖，絕大多數(shù)都是葡萄糖。體內(nèi)各組織(zzh)細(xì)胞活動所需的能量大部分來自葡萄糖，所以血糖必須保持一定的水平才能維持體內(nèi)各器官和組織(zzh)的需要?？崭寡?xutng) 測定值 7.0 mM 高血糖 9.0 mM 糖尿共二十九頁由一種稱為Clark型氧電極來制備的，用透氣膜將酶包裹固定在氧電極表面。葡萄糖傳感器通常使用葡萄糖氧化酶（glucose oxidase，GOD），該傳感器對葡萄糖具有選擇性響應(yīng)(xingyng)，其檢測原理為：第一代葡萄糖傳感器檢測(jin c)氧的消耗或過氧化氫的生成響 應(yīng)機(jī)

4、 理共二十九頁第二代葡萄糖傳感器-電子媒介(miji)體型電子媒介體是一種(y zhn)具有良好電化學(xué)活性的相對分子質(zhì)量小的化合物，它擔(dān)負(fù)從酶的氧化還原中心到電極表面?zhèn)鬟f電子的作用。在催化還原過程中，介體首先與還原性的酶反應(yīng)，然后擴(kuò)散到電極表面并進(jìn)行快速的電子交換 (1)能夠快速地與還原性的酶反應(yīng)； (2)具有可逆的異相反應(yīng)動力學(xué)行為； (3)生成氧化型介體的過電位低而且與pH無關(guān)； (4)它的氧化或還原形態(tài)都是穩(wěn)定的； (5)還原型介體不與氧發(fā)生反應(yīng)； (6)在應(yīng)用中無毒化作用。共二十九頁圖511 一些常見(chn jin)的媒介體的化學(xué)結(jié)構(gòu)四硫富瓦烯(TTF)，(b) 四氰苯醌二甲烷(TC

5、NQ)，(c) 二茂鐵，(d) N-甲基苯基吡唑酮鎓(NMP+)，(e) 麥多那藍(lán)常見(chn jin)的媒介體的化學(xué)結(jié)構(gòu)共二十九頁測試(csh)片共二十九頁第三代葡萄糖傳感器-直接(zhji)電子傳遞型共二十九頁共二十九頁三代電化學(xué)酶傳感器總結(jié)(zngji)-以葡萄糖檢測為例共二十九頁檢測對象敏感物質(zhì)（酶）換能器（電極）葡萄糖麥芽糖蔗糖半乳糖乳酸尿酸尿素氮膽固醇磷脂質(zhì)氨基酸丙酮酸乙醇葡萄糖氧化酶淀粉酶轉(zhuǎn)化酶+變旋光酶+葡萄糖酶半乳糖酶乳酸氧化酶尿酸酶尿酶膽固醇氧化酶磷脂酶氨基酸酶丙酮酸脫氫酶乙醇氧化酶O2, H2O2, PtPtO2PtO2O2H2O2, O2O2, H2O2PtO2, H2

6、O2O2O2常見(chn jin)的電流型酶電極傳感器 共二十九頁共二十九頁2 肌酸和肌酸酐電化學(xué)傳感器 圖517 肌酸微傳感器對肌酸的響應(yīng)(xingyng) 圖516 肌酸和肌酸酐電化學(xué)微傳感器共二十九頁3. 電流(dinli)型膽固醇傳感器（膽固醇測試儀）膽 固 醇 血清中總膽固醇 (total cholesterol ， TC) 包括游離膽固醇 (free cholesterol ， FC) 和膽固醇酯 (cholesterol ester ， CE) 兩部分。在血清中以游離態(tài)存在的膽固醇約占總膽固醇的27% 。 中國正常人血清的總膽固醇量約為:3.05.20mmol/L。血液中膽固醇含

7、量(hnling)過高，表示膽固醇代謝可能發(fā)生障礙。冠狀動脈粥樣硬化患者的血清膽固醇含量(hnling)往往偏高。因此臨床化驗(yàn)上測定血清膽固醇含量(hnling)將有助于診斷某些疾病。共二十九頁測定(cdng)膽固醇的原理膽 固 醇 酯 酶膽固醇氧化酶4-膽甾烯酮 共二十九頁基于蛋白質(zhì)直接(zhji)電子轉(zhuǎn)移的全膽固醇傳感器以殼聚糖為載體將血紅蛋白、膽固醇氧化酶、膽固醇酯酶固定在玻碳電極表面，在不使用任何電子媒介體的條件下，利用血紅蛋白和電極之間的直接電子轉(zhuǎn)移，制備成高選擇性的全膽固醇生物傳感器，用于測定(cdng)血清中的總膽固醇含量。 對膽固醇響應(yīng)的線性范圍為10110mg /dL ，檢測

8、限為5mg/dL，響應(yīng)時間為60 s。電流響應(yīng)響應(yīng)機(jī)理共二十九頁4. 乳酸(r sun)電化學(xué)傳感器共二十九頁乳酸傳感器的制備具體方法如下，先在玻碳電極上滴加一滴用氟聚酯(Nafion)調(diào)制的介體四硫富瓦烯(TTF)漿液，晾干后再用牛血清白蛋白和戊二醛將乳酸氧化酶固定(gdng)在該電極表面修飾層上面，即構(gòu)成乳酸傳感器。其反應(yīng)如下：共二十九頁5. 尿酸電化學(xué)傳感器 尿酸是核酸中嘌呤分解代謝的產(chǎn)物，正常值為27mg/dL，尿酸測定對于診斷痛風(fēng)(tn fn)十分有幫助。通過檢測尿酸酶催化反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物，進(jìn)而可以用來測定尿酸的含量。在分子氧的存在下，尿酸經(jīng)尿酸氧化酶氧化成尿囊素、過氧化氫和二氧

9、化碳，反應(yīng)式如下所示：共二十九頁6. 嘌呤(piolng)電化學(xué)傳感器各種生物嘌呤如黃嘌呤、次黃嘌呤、肌苷都可以利用電流型酶電極進(jìn)行檢測。例如當(dāng)魚死后其組織中的腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)迅速降解為肌苷單磷酸(IMP)，IMP進(jìn)一步經(jīng)酶分解導(dǎo)致了次黃嘌呤(Hx)積累，因此次黃嘌呤濃度大小可以作為魚類新鮮程度的指示劑。采用(ciyng)電流型傳感器檢測各種生物嘌呤的酶反應(yīng)中消耗氧或產(chǎn)生過氧化氫，其酶催化反應(yīng)式如下所示。共二十九頁7. 電流型有機(jī)磷農(nóng)藥(nngyo)殘留傳感器1）抑制型 12）抑制型 2有機(jī)磷農(nóng)藥(nngyo)iii有機(jī)磷農(nóng)藥共二十九頁3）直接(zhji)型 OHOPH共二十九頁8. HIV1型蛋白酶電化學(xué)傳感器 A. 傳感器在(a)40 nM, (b)60 nM，100 nM HIV1型蛋白酶及 (d)未修飾金電極(dinj)在100 nM蛋白酶溶液中的循環(huán)伏安圖;B. 電位與蛋白酶濃度的關(guān)系；C. 峰電流密度與蛋白酶濃度的關(guān)系共二十九頁內(nèi)容摘要電化學(xué)酶生物傳感器。根據(jù)輸出信號的不同酶電極可分為電流型和電位型兩種類型。模擬辣根過氧化物酶（G-四鏈體-hemin 復(fù)合物）。體內(nèi)各組織細(xì)胞活動所需的能量大部分來自葡萄糖，所以血糖必須保持一定的水平才能維持體內(nèi)各器官和組織的需要。由一種稱為Clark型氧電極來制備的，用透氣膜將酶包裹固定在氧電極表面。(4)它的氧化或還