生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件

傳感器（電極或探頭）：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，它通常由敏感元件、轉(zhuǎn)化元件及相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和線路組成。生物傳感器：是利用酶、抗體、微生物等作為敏感材料，將所感受的生物體信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的傳感器。2.3生物傳感器傳感器（電極或探頭）：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其12.3.1生物傳感器工作原理工作原理：待測(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入固定生物膜敏感層，經(jīng)分子識(shí)別而發(fā)生生物學(xué)作用，產(chǎn)生的信息如光、熱、音等被相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器變?yōu)榭啥亢吞幚淼碾娦盘?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。2.3.1生物傳感器工作原理工作原理：待測(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)2生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件3（1）將化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)酶?jìng)鞲衅鳛槔?酶催化特定底物發(fā)生反應(yīng),從而使特定生成物的量有所增減.用能把這類物質(zhì)的量的改變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置和固定化酶耦合,即組成酶?jìng)鞲衅?常用轉(zhuǎn)換裝置有氧電極、過(guò)氧化氫。（1）將化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)酶?jìng)鞲衅鳛槔?酶催化特4（2）將熱變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)固定化的生物材料與相應(yīng)的被測(cè)物作用時(shí)常伴有熱的變化.例如大多數(shù)酶反應(yīng)的熱焓變化量在25-100kJ/mol的范圍.這類生物傳感器的工作原理是把反應(yīng)的熱效應(yīng)借熱敏電阻轉(zhuǎn)換為阻值的變化,后者通過(guò)有放大器的電橋輸入到記錄儀中.（2）將熱變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)固定化的生物材料與相應(yīng)的被5（3）將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)例如，過(guò)氧化氫酶,能催化過(guò)氧化氫/魯米諾體系發(fā)光,因此如設(shè)法將過(guò)氧化氫酶膜附著在光纖或光敏二極管的前端,再和光電流測(cè)定裝置相連,即可測(cè)定過(guò)氧化氫含量.還有很多細(xì)菌能與特定底物發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生熒光.也可以用這種方法測(cè)定底物濃度.（3）將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)例如，過(guò)氧化氫酶,能催化6上述三原理的生物傳感器共同點(diǎn)：都是將分子識(shí)別元件中的生物敏感物質(zhì)與待測(cè)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),將反應(yīng)后所產(chǎn)生的化學(xué)或物理變化再通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)進(jìn)行測(cè)量,這種方式統(tǒng)稱為間接測(cè)量方式.上述三原理的生物傳感器共同點(diǎn)：7（4）直接產(chǎn)生電信號(hào)方式這種方式可以使酶反應(yīng)伴隨的電子轉(zhuǎn)移、微生物細(xì)胞的氧化直接(或通過(guò)電子遞體的作用)在電極表面上發(fā)生.根據(jù)所得的電流量即可得底物濃度.（4）直接產(chǎn)生電信號(hào)方式這種方式可以使酶反應(yīng)伴隨的電子轉(zhuǎn)移82.3.2生物傳感器發(fā)展歷程開(kāi)端于20世紀(jì)60年代。1962年克拉克等人報(bào)道了用葡萄糖氧化酶與氧電極組合檢測(cè)葡萄糖的結(jié)果,可認(rèn)為是最早提出了生物傳感器(酶?jìng)鞲衅?的原理。1967年Updike等人實(shí)現(xiàn)了酶的固定化技術(shù),研制成功酶電極,這被認(rèn)為是世界上第一個(gè)生物傳感器。2.3.2生物傳感器發(fā)展歷程開(kāi)端于20世紀(jì)60年代920世紀(jì)70年代中期后,生物傳感器技術(shù)的成功主要集中在對(duì)生物活性物質(zhì)的探索、活性物質(zhì)的固定化技術(shù)、生物電信息的轉(zhuǎn)換以及生物傳感器等研究,并獲得了較快的進(jìn)展,如Divies首先提出用固定化細(xì)胞與氧電極配合,組成對(duì)醇類進(jìn)行檢測(cè)所謂“微生物電極”。1977年,鈐木周一等發(fā)表了關(guān)于對(duì)生化需氧量(BOD)進(jìn)行快速測(cè)定的微生物傳感器的報(bào)告,并在微生物傳感器對(duì)發(fā)酵過(guò)程的控制等方面,作了詳細(xì)報(bào)導(dǎo),正式提出了對(duì)生物傳感器的命名。20世紀(jì)70年代中期后,生物傳感器技術(shù)的成功主要集中在對(duì)生物102.3.3生物傳感器分類（1）根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的產(chǎn)生方式,可分為生物親合型生物傳感器、代謝型或催化型生物傳感器;（2）根據(jù)生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器可分為電化學(xué)生物傳感器、半導(dǎo)體生物傳感器、測(cè)熱型生物傳感器、測(cè)光型生物傳感器、測(cè)聲型生物傳感器等（3）根據(jù)生物傳感器中生物分子識(shí)別元件上的敏感材料可分為酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅?、免疫傳感器、組織傳感器、基因傳感器、細(xì)胞及細(xì)胞器傳感器。2.3.3生物傳感器分類（1）根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的產(chǎn)11生物親合型傳感器

被測(cè)物質(zhì)與分子識(shí)別元件上的敏感物質(zhì)具有生物親合作用，即二者能特異地相結(jié)合，同時(shí)引起敏感材料的分子結(jié)構(gòu)和/或固定介質(zhì)發(fā)生變化。例如：電荷、溫度、光學(xué)性質(zhì)等的變化。反應(yīng)式可表示為：

S（底物）+R（受體）=SR生物親合型傳感器12代謝型傳感器底物（被測(cè)物）與分子識(shí)別元件上的敏感物質(zhì)相作用并生成產(chǎn)物，信號(hào)轉(zhuǎn)換器將底物的消耗或產(chǎn)物的增加轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘?hào)，這類傳感器稱為代謝型傳感器，其反應(yīng)形式可表示為S（底物）＋R（受體）=SR→P（生成物）

代謝型傳感器13生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件14上面介紹的各種名稱都是類別的名稱，每一類又都包含許多種具體的生物傳感器例如，僅酶電極一類，根據(jù)所用酶的不同就有幾十種，如葡萄糖電極、尿素電極、尿酸電極、膽固醇電極、乳酸電極、丙酮酸電極等等．就是葡萄糖電極也并非只有一種，有用pH電極或碘離子電極作為轉(zhuǎn)換器的電位型葡萄糖電極，有用氧電極或過(guò)氧化氫電極作為轉(zhuǎn)換器的電流型葡萄糖電極等．實(shí)際上還可再細(xì)分。上面介紹的各種名稱都是類別的名稱，每一類又都包含許多種具體的152.3.4生物傳感器優(yōu)點(diǎn)(1)根據(jù)生物反應(yīng)的特異性和多樣性,理論上可以制成測(cè)定所有生物物質(zhì)的傳感器,因而測(cè)定范圍廣泛(2)一般不需進(jìn)行樣品的預(yù)處理,它利用本身具備的優(yōu)異選擇性把樣品中被測(cè)組分的分離和檢測(cè)統(tǒng)一為一體，測(cè)定時(shí)一般不需另加其他試劑,使測(cè)定過(guò)程簡(jiǎn)便迅速,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析(3)體積小、響應(yīng)快、樣品用量少,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在位檢測(cè)2.3.4生物傳感器優(yōu)點(diǎn)(1)根據(jù)生物反應(yīng)的特異性和多樣16(4)通常其敏感材料是固定化生物元件,可反復(fù)多次使用(5)準(zhǔn)確度高,一般相對(duì)誤差可達(dá)到1%以內(nèi)(6)可進(jìn)行活體分析(7)傳感器連同測(cè)定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀,因而便于推廣普及(8)有的微生物傳感器能可靠地指示微生物培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)的供氧狀況和副產(chǎn)物的產(chǎn)生，能得到許多復(fù)雜的物理化學(xué)傳感器綜合作用才能獲得的信息(4)通常其敏感材料是固定化生物元件,可反復(fù)多次使用172.3.5生物傳感器組成部分生物分子識(shí)別元件(感受器)：是具有分子識(shí)別能力的生物活性物質(zhì)(如組織切片、細(xì)胞、細(xì)胞器、細(xì)胞膜、酶、抗體、核酸、有機(jī)物分子等);信號(hào)轉(zhuǎn)換器(換能器)：主要有電化學(xué)電極(如電位、電流的測(cè)量)、光學(xué)檢測(cè)元件、熱敏電阻、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、壓電石英晶體及表面等離子共振器件等，當(dāng)待測(cè)物與分子識(shí)別元件特異性結(jié)合后,所產(chǎn)生的復(fù)合物(或光、熱等)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變?yōu)榭梢暂敵龅碾娦盘?hào)、光信號(hào)等,從而達(dá)到分析檢測(cè)的目的。2.3.5生物傳感器組成部分生物分子識(shí)別元件(感受器)：是18a生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器生物傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器是將分子識(shí)別元件進(jìn)行識(shí)別時(shí)所產(chǎn)生的化學(xué)的或物理的變化轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置．生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器已有許多種，其中到目前為止用得最多的且比較成熟的是電化學(xué)電極，用它組成的生物傳感器稱為電化學(xué)生物傳感器．可用作生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器的電化學(xué)電極，一般可以分為兩種類型。電位型電極和電流型電極．a(chǎn)生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器生物傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器是將分子識(shí)19電位型電極1．離子選擇電極離子選擇性電極是一類對(duì)特定的離子呈選擇性響應(yīng)的電極，具有快速、靈敏、可靠、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍很廣．離子選擇性電極作為生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器只是它的一種應(yīng)用，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也常直接用它測(cè)定體液中的一些成分（如H+，K+，Na+，Ca2+等）。2．氧化還原電極

氧化還原電極是不同于離子選擇電極的另一類電位型電極．這里指的主要是零類電極。電位型電極1．離子選擇電極20生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件21

電流型電極

電化學(xué)生物傳感器中采用電流型電極為信號(hào)轉(zhuǎn)換器的趨勢(shì)日益增加，這是因?yàn)檫@類電極和電位型電極相比有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）電極的輸出直接和被測(cè)物的濃度呈線性關(guān)系，不像電位型電極那樣和被測(cè)物濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系．（2）電極輸出值的讀數(shù)誤差所對(duì)應(yīng)的待測(cè)物濃度的相對(duì)誤差比電位型電極的?。?）電極的靈敏度比電位型電極的高．電流型電極電化學(xué)生物傳感器中采用電流型電極為信號(hào)轉(zhuǎn)22

氧電極

有不少酶特別是各種氧化酶和加氧酶在催化底物反應(yīng)時(shí)要用溶解氧為輔助試劑，反應(yīng)中所消耗的氧量就用氧電極來(lái)測(cè)定．此外，在微生物電極、免疫電極等生物傳感器中也常用氧電極作為信號(hào)轉(zhuǎn)換器，因此氧電極在生物傳感器中用得很廣。目前用得最多的氧電極是電解式的Clark氧電極，Clark氧電極是由鉑陰極、Ag/AgCl陽(yáng)極、KCl電解質(zhì)和透氣膜所構(gòu)成。當(dāng)將氧電極插入含有溶解氧的溶液后，溶液中的O2將擴(kuò)散，透過(guò)透氣膜到達(dá)鉑陰極表面被還原，還原電流值與溶解氧的量有關(guān)．氧電極有不少酶特別是各種氧化酶和加氧酶在催化23b敏感器件（分子識(shí)別元件）b敏感器件（分子識(shí)別元件）24(1)酶?jìng)鞲衅?EnzymeSensor)(1)酶?jìng)鞲衅?EnzymeSensor)25它將活性物質(zhì)酶覆蓋在電極表面,酶與被測(cè)的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物反應(yīng),形成一種能被電極響應(yīng)的物質(zhì)。例如,脲在尿素酶催化下發(fā)生反應(yīng)1967年Updick和Hicks將固定化的葡萄糖氧化酶膜結(jié)合在氧電極上,做成了第一支葡萄糖電極；此后,這類酶?jìng)鞲衅魍ǔＪ峭ㄟ^(guò)檢測(cè)產(chǎn)物H2O2的濃度變化或氧的消耗量來(lái)檢測(cè)底物。它將活性物質(zhì)酶覆蓋在電極表面,酶與被測(cè)的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物反應(yīng),26生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件27葡萄糖電極缺點(diǎn):(1)溶解氧的變化可能引起電極響應(yīng)的波動(dòng);(2)由于氧的溶解度有限,當(dāng)溶解氧貧乏時(shí),響應(yīng)電流明顯下降而影響檢測(cè)限;(3)傳感器響應(yīng)性能受溶液pH值和溫度影響較大葡萄糖電極缺點(diǎn):28第二代生物傳感器,即介體型生物傳感器,常用媒介體有鐵氰化物、有機(jī)染料、醌及其衍生物、導(dǎo)電有機(jī)鹽類和二茂鐵及其衍生物。最近,人們更關(guān)注酶與電極之間的直接電子傳遞研究,并用于構(gòu)造第三代生物傳感器依據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的類型,酶?jìng)鞲衅鞔笾驴煞譃槊鸽姌O(主要包括離子選擇電極、氣敏電極、氧化還原電極等電化學(xué)電極)、酶場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器(FET-酶)和酶熱敏電阻傳感器等第二代生物傳感器,即介體型生物傳感器,常用媒介體有鐵氰化物、29生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件30(2)組織傳感器(TissueSensor)組織傳感器是以動(dòng)植物組織薄片中的生物催化層與基礎(chǔ)敏感膜電極結(jié)合而成,該催化層以酶為基礎(chǔ),基本原理與酶?jìng)鞲衅飨嗤?與酶?jìng)鞲衅鞅容^，組織傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.酶活性較離析酶高.2.酶的穩(wěn)定性增大.3.材料易于獲得.(2)組織傳感器(TissueSensor)組織傳感器是31肝組織電極

動(dòng)物肝組織中含有豐富的H2O2酶，可與氧電極組成測(cè)定H2O2及其它過(guò)氧化物的組織電極．1981年Mascini等研究了數(shù)種哺乳動(dòng)物和其它動(dòng)物（鳥、魚、龜）的肝組織電極，翌年，報(bào)道了基于牛肝組織的H2O2電極．肝組織電極32牛肝-H2O2電極

取0.1mm厚牛肝一片，覆蓋于氧電極的特氟隆膜上，用“O”型橡皮圈固定，即成牛肝組織電極．在pH6.80的緩沖液中，使電極與空氣中的氧平衡，然后加入底物，底物為濃度大于1O-5mol／LH2O2溶液．反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣到達(dá)氧電極的特氟隆膜時(shí)，使電極輸出增加．在1×10-4mol/L底物濃度時(shí)，1.5min即可獲得穩(wěn)定電流，如圖所示：牛肝-H2O2電極33

若向溶液中通以氮?dú)猓越档脱醯娜芙舛?，減少空氣平衡溶液中氧的殘余電流（約10μA）至十分之幾微安，檢測(cè)下限可降低至1X10-5mol／L，相關(guān)系數(shù)R=0.997(n＝9)生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件34

植物組織膜電極結(jié)構(gòu)圖解a一木瓜,b一果皮,c-中果皮,d-內(nèi)果皮1-中果皮組織薄片2-固定化骨架3-透氣健,4-墊圈5-內(nèi)電解質(zhì)6-復(fù)合PH電極7-塑料電極體3-7為二氧化碳?xì)饷綦姌O結(jié)構(gòu)植物組織膜電極結(jié)構(gòu)圖解35生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件36(3)微生物傳感器(MicroorganismSensor)微生物傳感器分為兩類：一類是利用微生物在同化底物時(shí)消耗氧的呼吸作用；另一類是利用不同的微生物含有不同的酶。好氧微生物在繁殖時(shí)需消耗大量的氧,可以氧濃度的變化來(lái)觀察微生物與底物的反應(yīng)情況。(3)微生物傳感器(MicroorganismSenso37呼吸機(jī)能(O2的消耗)型工作原理圖呼吸機(jī)能(O2的消耗)型工作原理圖38代謝機(jī)能型微生物傳感器工作原理圖代謝機(jī)能型微生物傳感器工作原理圖39裝置是：由適合的微生物電極與氧電極組成。原理是：利用微生物的同化作用耗氧,通過(guò)測(cè)量氧電極電流的變化量來(lái)測(cè)量氧氣的減少量,從而達(dá)到測(cè)量底物濃度的目的.裝置是：由適合的微生物電極與氧電極組成。40例如,熒光假單胞菌,能同化葡萄糖；蕓苔絲孢酵母可同化乙醇,因此可分別用來(lái)制備葡萄糖和乙醇傳感器，這兩種細(xì)菌在同化底物時(shí),均消耗溶液中的氧,因此可用氧電極來(lái)測(cè)定基于不同類型的信號(hào)轉(zhuǎn)換器,常見(jiàn)的微生物傳感器有電化學(xué)型、光學(xué)型、熱敏電阻型、壓電高頻阻抗型和燃料電池型，例如,熒光假單胞菌,能同化葡萄糖；蕓苔絲孢酵母可同化乙醇,因41生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件42(4)免疫傳感器(Immunosensor)免疫傳感器的基本原理是免疫反應(yīng)。利用抗體能識(shí)別抗原并與抗原結(jié)合的功能的生物傳感器稱為免疫傳感器。它利用固定化抗體(或抗原)膜與相應(yīng)的抗原(或抗體)的特異反應(yīng)，此反應(yīng)的結(jié)果使生物敏感膜的電位發(fā)生變化。一、免疫傳感器的基本原理(4)免疫傳感器(Immunosensor)43二、免疫傳感器的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程在2、3兩室間有固定化抗原膜，而1、3兩室之間沒(méi)有固定化原膜。在l、2室內(nèi)注入0.9%的生理鹽水，當(dāng)在3室內(nèi)倒入食鹽水時(shí),1、2室內(nèi)電極間無(wú)電位差。二、免疫傳感器的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程在2、3兩室間有固定化44若3室內(nèi)注入含有抗體的鹽水時(shí)，由于抗體和固定化抗原膜上的抗原相結(jié)合，使膜表面吸附了特異的抗體，而抗體是有電荷的蛋白質(zhì)，從而使抗原固定化膜帶電狀態(tài)發(fā)生變化，于是醋酸纖維膜抗原固定化膜1、2室內(nèi)的電極間有電位差產(chǎn)生。若3室內(nèi)注入含有抗體的鹽水時(shí)，由于抗體和固定化抗原膜45抗體對(duì)相應(yīng)的抗原具有識(shí)別和結(jié)合的雙重功能,在與抗原結(jié)合時(shí),選擇性強(qiáng),靈敏度高，免疫傳感器就是利用其雙重功能將抗體或抗原和換能器組合而成的裝置。由于蛋白質(zhì)分子(抗體或抗原)攜帶有大量電荷、發(fā)色基團(tuán)等,當(dāng)抗原抗體結(jié)合時(shí),會(huì)產(chǎn)生電學(xué)、化學(xué)、光學(xué)等變化,通過(guò)適當(dāng)?shù)膫鞲衅骺蓹z測(cè)這些參數(shù),從而構(gòu)成不同的免疫傳感器，總的來(lái)說(shuō)可分為兩類:(1)非標(biāo)記型;(2)標(biāo)記型抗體對(duì)相應(yīng)的抗原具有識(shí)別和結(jié)合的雙重功能,在與抗原結(jié)合時(shí),選46如黃曲霉毒素傳感器,它由氧電極和黃曲霉毒素抗體膜組成,加到待測(cè)樣品中,酶標(biāo)記的及未標(biāo)記的黃曲霉毒素便會(huì)與膜上的黃曲霉毒素抗體發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng),測(cè)定酶標(biāo)黃曲霉毒素與抗體的結(jié)合率,便可知樣品中的含量根據(jù)使用的信號(hào)轉(zhuǎn)換器,有電化學(xué)免疫傳感器、光學(xué)免疫傳感器、壓電免疫傳感器及表面等離子體共振(SPR)型傳感器。如黃曲霉毒素傳感器,它由氧電極和黃曲霉毒素抗體膜組成,加到待47(5)核酸傳感器(TheSensorofNucleicAcid)依據(jù)生物體內(nèi)核苷酸順序相對(duì)穩(wěn)定,核苷酸堿基順序互補(bǔ)的原理而設(shè)計(jì)出核酸探針傳感器,即基因傳感器?；騻鞲衅饕话阌?0~30個(gè)核苷酸的單鏈核酸分子,能夠?qū)Ｒ坏嘏c特定靶序列進(jìn)行雜交從而檢測(cè)出特定的目標(biāo)核酸分子。根據(jù)換能器種類不同可分為電化學(xué)型、光學(xué)型、壓電免疫傳感器及表面等離子體共振型基因傳感器，這種傳感器可用于檢測(cè)食品中的病原體,為食品中病原體的鑒定提供了新的手段。(5)核酸傳感器(TheSensorofNuclei482.3.6生物傳感器的應(yīng)用在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用在食品分析中的應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用在軍事上的應(yīng)用2.3.6生物傳感器的應(yīng)用在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用49參數(shù)傳感器參數(shù)傳感器溫度熱電偶，熱敏電阻，鉑電阻溫度計(jì)DCO2CO2電極，膜管傳感器罐壓隔膜式壓力表醇類物質(zhì)濃度膜管傳感器，生物傳感器氣體流量熱質(zhì)量流量計(jì)基質(zhì)和代謝物濃度生物傳感器攪拌轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速傳感器NH4+銨離子電極，氨電極，生物傳感器攪拌功率應(yīng)變計(jì)金屬離子濃度離子選擇性電極料液量測(cè)力傳感器排氣中氧分壓熱磁氧分析儀氣泡接觸電極排氣中CO2分壓紅外氣體分析儀流加物料流量轉(zhuǎn)速傳感器，測(cè)力傳感器濁度或菌體濃度光導(dǎo)纖維法。等效電容法pH復(fù)合玻璃電極DO復(fù)膜氧電極，膜管傳感器氧化還原電位復(fù)合鉑電極(1)在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用參數(shù)傳感器參數(shù)傳感器溫度熱電偶，熱敏電阻，鉑電阻溫度計(jì)DCO50(2)在食品分析的應(yīng)用食品成分分析食品添加劑的分析農(nóng)藥和抗生素殘留量分析微生物和生物毒素的檢驗(yàn)食品鮮度的檢測(cè)(2)在食品分析的應(yīng)用食品成分分析51生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件52生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件53生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件54生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件55生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件56水質(zhì)分析：測(cè)定生化需氧量（BOD），傳統(tǒng)方法測(cè)BOD需5天，且操作復(fù)雜。1977年Karube等首次報(bào)道了BOD微生物傳感器，只需15分鐘即能測(cè)出結(jié)果,連續(xù)使用壽命達(dá)17天；廢氣或環(huán)境大氣的監(jiān)測(cè)：可用于測(cè)定空氣中SO2、NOX、CO2、NH3、CH4等的含量；農(nóng)藥和抗生素殘留量的分析：用乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶為敏感材料制作的離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管酶?jìng)鞲衅骺捎糜谑卟说葮悠分杏袡C(jī)磷農(nóng)藥DDVP和伏殺磷等的測(cè)定(3)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用水質(zhì)分析：測(cè)定生化需氧量（BOD），傳統(tǒng)方法測(cè)BOD需5天，57基礎(chǔ)研究：生物傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物大分子之間的相互作用。借助于這一技術(shù)動(dòng)態(tài)觀察抗原、抗體之間結(jié)合與解離的平衡關(guān)系，可較為準(zhǔn)確地測(cè)定抗體的親和力及識(shí)別抗原表位，幫助人們了解單克隆抗體特性，有目的地篩選各種具有最佳應(yīng)用潛力的單克隆抗體。臨床應(yīng)用：用酶、免疫傳感器等生物傳感器來(lái)檢測(cè)體液中的各種化學(xué)成分，為醫(yī)生的診斷提出依據(jù)。生物醫(yī)藥：利用生物工程技術(shù)生產(chǎn)藥物時(shí)，將生物傳感器用于生化反應(yīng)的監(jiān)視，可以迅速地獲取各種數(shù)據(jù)，有效地加強(qiáng)生物工程產(chǎn)品的質(zhì)量管理。(4)在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用基礎(chǔ)研究：生物傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物大分子之間的相互作用。借助58由于具有高度特異性、靈敏性和能快速地探測(cè)化學(xué)戰(zhàn)劑和生物戰(zhàn)劑（包括病毒、細(xì)菌和毒素等）的特性，生物傳感器將是最重要的一類化學(xué)戰(zhàn)劑和生物戰(zhàn)劑偵檢器材。如煙堿乙酰膽堿受體生物傳感器和某種麻醉劑受體生物傳感器能在10s內(nèi)偵檢出10-9濃度級(jí)的生化戰(zhàn)劑，包括委內(nèi)瑞拉馬腦炎病毒、黃熱病毒、炭疽桿菌、流感病毒等。(5)在軍事上的應(yīng)用由于具有高度特異性、靈敏性和能快速地探測(cè)化學(xué)戰(zhàn)劑和生物戰(zhàn)劑（592.3.7流動(dòng)注射式分析系統(tǒng)2.3.7流動(dòng)注射式分析系統(tǒng)6011．高壓液相分析系統(tǒng)（HPLC）利用HPLC在線測(cè)量物質(zhì)濃度，并配有發(fā)酵出口氣體CO2分析儀和pH與氧化還原電極的發(fā)酵系統(tǒng)。產(chǎn)物的濃度，如木糖、乙醇和有機(jī)酸等，通過(guò)對(duì)發(fā)酵液采樣過(guò)濾后進(jìn)入過(guò)濾取樣模件FAM（FilterAcquisitionModule），再由HPLC系統(tǒng)進(jìn)行分析。

11．高壓液相分析系統(tǒng)（HPLC）61思考與練習(xí)敘述溶解氧的測(cè)定方法和原理。簡(jiǎn)述KLa的測(cè)定方法和原理談?wù)勆飩鞲衅鞯淖饔?。敘述酶、微生物分子傳感器的工作原理。思考與練習(xí)敘述溶解氧的測(cè)定方法和原理。62傳感器（電極或探頭）：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，它通常由敏感元件、轉(zhuǎn)化元件及相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和線路組成。生物傳感器：是利用酶、抗體、微生物等作為敏感材料，將所感受的生物體信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的傳感器。2.3生物傳感器傳感器（電極或探頭）：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其632.3.1生物傳感器工作原理工作原理：待測(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入固定生物膜敏感層，經(jīng)分子識(shí)別而發(fā)生生物學(xué)作用，產(chǎn)生的信息如光、熱、音等被相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器變?yōu)榭啥亢吞幚淼碾娦盘?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。2.3.1生物傳感器工作原理工作原理：待測(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)64生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件65（1）將化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)酶?jìng)鞲衅鳛槔?酶催化特定底物發(fā)生反應(yīng),從而使特定生成物的量有所增減.用能把這類物質(zhì)的量的改變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置和固定化酶耦合,即組成酶?jìng)鞲衅?常用轉(zhuǎn)換裝置有氧電極、過(guò)氧化氫。（1）將化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)酶?jìng)鞲衅鳛槔?酶催化特66（2）將熱變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)固定化的生物材料與相應(yīng)的被測(cè)物作用時(shí)常伴有熱的變化.例如大多數(shù)酶反應(yīng)的熱焓變化量在25-100kJ/mol的范圍.這類生物傳感器的工作原理是把反應(yīng)的熱效應(yīng)借熱敏電阻轉(zhuǎn)換為阻值的變化,后者通過(guò)有放大器的電橋輸入到記錄儀中.（2）將熱變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)固定化的生物材料與相應(yīng)的被67（3）將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)例如，過(guò)氧化氫酶,能催化過(guò)氧化氫/魯米諾體系發(fā)光,因此如設(shè)法將過(guò)氧化氫酶膜附著在光纖或光敏二極管的前端,再和光電流測(cè)定裝置相連,即可測(cè)定過(guò)氧化氫含量.還有很多細(xì)菌能與特定底物發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生熒光.也可以用這種方法測(cè)定底物濃度.（3）將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)例如，過(guò)氧化氫酶,能催化68上述三原理的生物傳感器共同點(diǎn)：都是將分子識(shí)別元件中的生物敏感物質(zhì)與待測(cè)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),將反應(yīng)后所產(chǎn)生的化學(xué)或物理變化再通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)進(jìn)行測(cè)量,這種方式統(tǒng)稱為間接測(cè)量方式.上述三原理的生物傳感器共同點(diǎn)：69（4）直接產(chǎn)生電信號(hào)方式這種方式可以使酶反應(yīng)伴隨的電子轉(zhuǎn)移、微生物細(xì)胞的氧化直接(或通過(guò)電子遞體的作用)在電極表面上發(fā)生.根據(jù)所得的電流量即可得底物濃度.（4）直接產(chǎn)生電信號(hào)方式這種方式可以使酶反應(yīng)伴隨的電子轉(zhuǎn)移702.3.2生物傳感器發(fā)展歷程開(kāi)端于20世紀(jì)60年代。1962年克拉克等人報(bào)道了用葡萄糖氧化酶與氧電極組合檢測(cè)葡萄糖的結(jié)果,可認(rèn)為是最早提出了生物傳感器(酶?jìng)鞲衅?的原理。1967年Updike等人實(shí)現(xiàn)了酶的固定化技術(shù),研制成功酶電極,這被認(rèn)為是世界上第一個(gè)生物傳感器。2.3.2生物傳感器發(fā)展歷程開(kāi)端于20世紀(jì)60年代7120世紀(jì)70年代中期后,生物傳感器技術(shù)的成功主要集中在對(duì)生物活性物質(zhì)的探索、活性物質(zhì)的固定化技術(shù)、生物電信息的轉(zhuǎn)換以及生物傳感器等研究,并獲得了較快的進(jìn)展,如Divies首先提出用固定化細(xì)胞與氧電極配合,組成對(duì)醇類進(jìn)行檢測(cè)所謂“微生物電極”。1977年,鈐木周一等發(fā)表了關(guān)于對(duì)生化需氧量(BOD)進(jìn)行快速測(cè)定的微生物傳感器的報(bào)告,并在微生物傳感器對(duì)發(fā)酵過(guò)程的控制等方面,作了詳細(xì)報(bào)導(dǎo),正式提出了對(duì)生物傳感器的命名。20世紀(jì)70年代中期后,生物傳感器技術(shù)的成功主要集中在對(duì)生物722.3.3生物傳感器分類（1）根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的產(chǎn)生方式,可分為生物親合型生物傳感器、代謝型或催化型生物傳感器;（2）根據(jù)生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器可分為電化學(xué)生物傳感器、半導(dǎo)體生物傳感器、測(cè)熱型生物傳感器、測(cè)光型生物傳感器、測(cè)聲型生物傳感器等（3）根據(jù)生物傳感器中生物分子識(shí)別元件上的敏感材料可分為酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅?、免疫傳感器、組織傳感器、基因傳感器、細(xì)胞及細(xì)胞器傳感器。2.3.3生物傳感器分類（1）根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的產(chǎn)73生物親合型傳感器

被測(cè)物質(zhì)與分子識(shí)別元件上的敏感物質(zhì)具有生物親合作用，即二者能特異地相結(jié)合，同時(shí)引起敏感材料的分子結(jié)構(gòu)和/或固定介質(zhì)發(fā)生變化。例如：電荷、溫度、光學(xué)性質(zhì)等的變化。反應(yīng)式可表示為：

S（底物）+R（受體）=SR生物親合型傳感器74代謝型傳感器底物（被測(cè)物）與分子識(shí)別元件上的敏感物質(zhì)相作用并生成產(chǎn)物，信號(hào)轉(zhuǎn)換器將底物的消耗或產(chǎn)物的增加轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘?hào)，這類傳感器稱為代謝型傳感器，其反應(yīng)形式可表示為S（底物）＋R（受體）=SR→P（生成物）

代謝型傳感器75生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件76上面介紹的各種名稱都是類別的名稱，每一類又都包含許多種具體的生物傳感器例如，僅酶電極一類，根據(jù)所用酶的不同就有幾十種，如葡萄糖電極、尿素電極、尿酸電極、膽固醇電極、乳酸電極、丙酮酸電極等等．就是葡萄糖電極也并非只有一種，有用pH電極或碘離子電極作為轉(zhuǎn)換器的電位型葡萄糖電極，有用氧電極或過(guò)氧化氫電極作為轉(zhuǎn)換器的電流型葡萄糖電極等．實(shí)際上還可再細(xì)分。上面介紹的各種名稱都是類別的名稱，每一類又都包含許多種具體的772.3.4生物傳感器優(yōu)點(diǎn)(1)根據(jù)生物反應(yīng)的特異性和多樣性,理論上可以制成測(cè)定所有生物物質(zhì)的傳感器,因而測(cè)定范圍廣泛(2)一般不需進(jìn)行樣品的預(yù)處理,它利用本身具備的優(yōu)異選擇性把樣品中被測(cè)組分的分離和檢測(cè)統(tǒng)一為一體，測(cè)定時(shí)一般不需另加其他試劑,使測(cè)定過(guò)程簡(jiǎn)便迅速,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析(3)體積小、響應(yīng)快、樣品用量少,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在位檢測(cè)2.3.4生物傳感器優(yōu)點(diǎn)(1)根據(jù)生物反應(yīng)的特異性和多樣78(4)通常其敏感材料是固定化生物元件,可反復(fù)多次使用(5)準(zhǔn)確度高,一般相對(duì)誤差可達(dá)到1%以內(nèi)(6)可進(jìn)行活體分析(7)傳感器連同測(cè)定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀,因而便于推廣普及(8)有的微生物傳感器能可靠地指示微生物培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)的供氧狀況和副產(chǎn)物的產(chǎn)生，能得到許多復(fù)雜的物理化學(xué)傳感器綜合作用才能獲得的信息(4)通常其敏感材料是固定化生物元件,可反復(fù)多次使用792.3.5生物傳感器組成部分生物分子識(shí)別元件(感受器)：是具有分子識(shí)別能力的生物活性物質(zhì)(如組織切片、細(xì)胞、細(xì)胞器、細(xì)胞膜、酶、抗體、核酸、有機(jī)物分子等);信號(hào)轉(zhuǎn)換器(換能器)：主要有電化學(xué)電極(如電位、電流的測(cè)量)、光學(xué)檢測(cè)元件、熱敏電阻、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、壓電石英晶體及表面等離子共振器件等，當(dāng)待測(cè)物與分子識(shí)別元件特異性結(jié)合后,所產(chǎn)生的復(fù)合物(或光、熱等)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變?yōu)榭梢暂敵龅碾娦盘?hào)、光信號(hào)等,從而達(dá)到分析檢測(cè)的目的。2.3.5生物傳感器組成部分生物分子識(shí)別元件(感受器)：是80a生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器生物傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器是將分子識(shí)別元件進(jìn)行識(shí)別時(shí)所產(chǎn)生的化學(xué)的或物理的變化轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置．生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器已有許多種，其中到目前為止用得最多的且比較成熟的是電化學(xué)電極，用它組成的生物傳感器稱為電化學(xué)生物傳感器．可用作生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器的電化學(xué)電極，一般可以分為兩種類型。電位型電極和電流型電極．a(chǎn)生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器生物傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器是將分子識(shí)81電位型電極1．離子選擇電極離子選擇性電極是一類對(duì)特定的離子呈選擇性響應(yīng)的電極，具有快速、靈敏、可靠、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍很廣．離子選擇性電極作為生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器只是它的一種應(yīng)用，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也常直接用它測(cè)定體液中的一些成分（如H+，K+，Na+，Ca2+等）。2．氧化還原電極

氧化還原電極是不同于離子選擇電極的另一類電位型電極．這里指的主要是零類電極。電位型電極1．離子選擇電極82生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件83

電流型電極

電化學(xué)生物傳感器中采用電流型電極為信號(hào)轉(zhuǎn)換器的趨勢(shì)日益增加，這是因?yàn)檫@類電極和電位型電極相比有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）電極的輸出直接和被測(cè)物的濃度呈線性關(guān)系，不像電位型電極那樣和被測(cè)物濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系．（2）電極輸出值的讀數(shù)誤差所對(duì)應(yīng)的待測(cè)物濃度的相對(duì)誤差比電位型電極的?。?）電極的靈敏度比電位型電極的高．電流型電極電化學(xué)生物傳感器中采用電流型電極為信號(hào)轉(zhuǎn)84

氧電極

有不少酶特別是各種氧化酶和加氧酶在催化底物反應(yīng)時(shí)要用溶解氧為輔助試劑，反應(yīng)中所消耗的氧量就用氧電極來(lái)測(cè)定．此外，在微生物電極、免疫電極等生物傳感器中也常用氧電極作為信號(hào)轉(zhuǎn)換器，因此氧電極在生物傳感器中用得很廣。目前用得最多的氧電極是電解式的Clark氧電極，Clark氧電極是由鉑陰極、Ag/AgCl陽(yáng)極、KCl電解質(zhì)和透氣膜所構(gòu)成。當(dāng)將氧電極插入含有溶解氧的溶液后，溶液中的O2將擴(kuò)散，透過(guò)透氣膜到達(dá)鉑陰極表面被還原，還原電流值與溶解氧的量有關(guān)．氧電極有不少酶特別是各種氧化酶和加氧酶在催化85b敏感器件（分子識(shí)別元件）b敏感器件（分子識(shí)別元件）86(1)酶?jìng)鞲衅?EnzymeSensor)(1)酶?jìng)鞲衅?EnzymeSensor)87它將活性物質(zhì)酶覆蓋在電極表面,酶與被測(cè)的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物反應(yīng),形成一種能被電極響應(yīng)的物質(zhì)。例如,脲在尿素酶催化下發(fā)生反應(yīng)1967年Updick和Hicks將固定化的葡萄糖氧化酶膜結(jié)合在氧電極上,做成了第一支葡萄糖電極；此后,這類酶?jìng)鞲衅魍ǔＪ峭ㄟ^(guò)檢測(cè)產(chǎn)物H2O2的濃度變化或氧的消耗量來(lái)檢測(cè)底物。它將活性物質(zhì)酶覆蓋在電極表面,酶與被測(cè)的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物反應(yīng),88生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件89葡萄糖電極缺點(diǎn):(1)溶解氧的變化可能引起電極響應(yīng)的波動(dòng);(2)由于氧的溶解度有限,當(dāng)溶解氧貧乏時(shí),響應(yīng)電流明顯下降而影響檢測(cè)限;(3)傳感器響應(yīng)性能受溶液pH值和溫度影響較大葡萄糖電極缺點(diǎn):90第二代生物傳感器,即介體型生物傳感器,常用媒介體有鐵氰化物、有機(jī)染料、醌及其衍生物、導(dǎo)電有機(jī)鹽類和二茂鐵及其衍生物。最近,人們更關(guān)注酶與電極之間的直接電子傳遞研究,并用于構(gòu)造第三代生物傳感器依據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的類型,酶?jìng)鞲衅鞔笾驴煞譃槊鸽姌O(主要包括離子選擇電極、氣敏電極、氧化還原電極等電化學(xué)電極)、酶場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器(FET-酶)和酶熱敏電阻傳感器等第二代生物傳感器,即介體型生物傳感器,常用媒介體有鐵氰化物、91生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件92(2)組織傳感器(TissueSensor)組織傳感器是以動(dòng)植物組織薄片中的生物催化層與基礎(chǔ)敏感膜電極結(jié)合而成,該催化層以酶為基礎(chǔ),基本原理與酶?jìng)鞲衅飨嗤?與酶?jìng)鞲衅鞅容^，組織傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.酶活性較離析酶高.2.酶的穩(wěn)定性增大.3.材料易于獲得.(2)組織傳感器(TissueSensor)組織傳感器是93肝組織電極

動(dòng)物肝組織中含有豐富的H2O2酶，可與氧電極組成測(cè)定H2O2及其它過(guò)氧化物的組織電極．1981年Mascini等研究了數(shù)種哺乳動(dòng)物和其它動(dòng)物（鳥、魚、龜）的肝組織電極，翌年，報(bào)道了基于牛肝組織的H2O2電極．肝組織電極94牛肝-H2O2電極

取0.1mm厚牛肝一片，覆蓋于氧電極的特氟隆膜上，用“O”型橡皮圈固定，即成牛肝組織電極．在pH6.80的緩沖液中，使電極與空氣中的氧平衡，然后加入底物，底物為濃度大于1O-5mol／LH2O2溶液．反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣到達(dá)氧電極的特氟隆膜時(shí)，使電極輸出增加．在1×10-4mol/L底物濃度時(shí)，1.5min即可獲得穩(wěn)定電流，如圖所示：牛肝-H2O2電極95

若向溶液中通以氮?dú)?，以降低氧的溶解度，減少空氣平衡溶液中氧的殘余電流（約10μA）至十分之幾微安，檢測(cè)下限可降低至1X10-5mol／L，相關(guān)系數(shù)R=0.997(n＝9)生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件96

植物組織膜電極結(jié)構(gòu)圖解a一木瓜,b一果皮,c-中果皮,d-內(nèi)果皮1-中果皮組織薄片2-固定化骨架3-透氣健,4-墊圈5-內(nèi)電解質(zhì)6-復(fù)合PH電極7-塑料電極體3-7為二氧化碳?xì)饷綦姌O結(jié)構(gòu)植物組織膜電極結(jié)構(gòu)圖解97生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件98(3)微生物傳感器(MicroorganismSensor)微生物傳感器分為兩類：一類是利用微生物在同化底物時(shí)消耗氧的呼吸作用；另一類是利用不同的微生物含有不同的酶。好氧微生物在繁殖時(shí)需消耗大量的氧,可以氧濃度的變化來(lái)觀察微生物與底物的反應(yīng)情況。(3)微生物傳感器(MicroorganismSenso99呼吸機(jī)能(O2的消耗)型工作原理圖呼吸機(jī)能(O2的消耗)型工作原理圖100代謝機(jī)能型微生物傳感器工作原理圖代謝機(jī)能型微生物傳感器工作原理圖101裝置是：由適合的微生物電極與氧電極組成。原理是：利用微生物的同化作用耗氧,通過(guò)測(cè)量氧電極電流的變化量來(lái)測(cè)量氧氣的減少量,從而達(dá)到測(cè)量底物濃度的目的.裝置是：由適合的微生物電極與氧電極組成。102例如,熒光假單胞菌,能同化葡萄糖；蕓苔絲孢酵母可同化乙醇,因此可分別用來(lái)制備葡萄糖和乙醇傳感器，這兩種細(xì)菌在同化底物時(shí),均消耗溶液中的氧,因此可用氧電極來(lái)測(cè)定基于不同類型的信號(hào)轉(zhuǎn)換器,常見(jiàn)的微生物傳感器有電化學(xué)型、光學(xué)型、熱敏電阻型、壓電高頻阻抗型和燃料電池型，例如,熒光假單胞菌,能同化葡萄糖；蕓苔絲孢酵母可同化乙醇,因103生化檢測(cè)與控制生物傳感器課件104(4)免疫傳感器(Immunosensor)免疫傳感器的基本原理是免疫反應(yīng)。利用抗體能識(shí)別抗原并與抗原結(jié)合的功能的生物傳感器稱為免疫傳感器。它利用固定化抗體(或抗原)膜與相應(yīng)的抗原(或抗體)的特異反應(yīng)，此反應(yīng)的結(jié)果使生物敏感膜的電位發(fā)生變化。一、免疫傳感器的基本原理(4)免疫傳感器(Immunosensor)105二、免疫傳感器的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程在2、3兩室間有固定化抗原膜，而1、3兩室之間沒(méi)有固定化原膜。在l、2室內(nèi)注入0.9%的生理鹽水，當(dāng)在3室內(nèi)倒入食鹽水時(shí),1、2室內(nèi)電極間無(wú)電位差。二、免疫傳感器的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程在2、3兩室間有固定化106若3室內(nèi)注入含有抗體的鹽水時(shí)，由于抗體和固定化抗原膜上的抗原相結(jié)合，使膜表面吸附了特異的抗體，而抗體是有電荷的蛋白質(zhì)，從而使抗原固定化膜帶電狀態(tài)發(fā)生變化，于是醋酸纖維膜抗原固定化膜1、2室內(nèi)的電極間有電位差產(chǎn)生。若3室內(nèi)注入含有抗體的鹽水時(shí)，由于抗體和固定化抗原膜107抗體對(duì)相應(yīng)的抗原具有識(shí)別和結(jié)合的雙重功能,在與抗原結(jié)合時(shí),選擇性強(qiáng),靈敏度高，免疫傳感器就是利用其雙重功能將抗體或抗原和換能器組合而成的裝置。由于蛋白質(zhì)分子(抗體或抗原)攜帶有大量電荷、發(fā)色基團(tuán)等,當(dāng)抗原抗體結(jié)合時(shí),會(huì)產(chǎn)生電學(xué)、化學(xué)、光學(xué)等變化,通過(guò)適當(dāng)?shù)膫鞲衅骺蓹z測(cè)這些參數(shù),從而構(gòu)成不同的免疫傳感器，總的來(lái)說(shuō)可分為兩類:(1)非標(biāo)記型;(2)標(biāo)記型抗體對(duì)相應(yīng)的抗原具有識(shí)別和結(jié)合的雙重功能,在與抗原結(jié)合時(shí),選108如黃曲霉毒素傳感器,它由氧電極和黃曲霉毒素抗體膜組成,加到待測(cè)樣品中,酶標(biāo)記的及未標(biāo)記的黃曲霉毒素便會(huì)與膜上的黃曲霉毒素抗體發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng),測(cè)定酶標(biāo)黃曲霉毒素與抗體的結(jié)合率,便可知樣品中的含量根據(jù)使用的信號(hào)轉(zhuǎn)換器,有電化學(xué)免疫傳感器、光學(xué)免疫傳感器、壓電免疫傳感器及表面等離子體共振(SPR)型傳感器。如黃曲霉毒素傳感器,它由氧電極和黃曲霉毒素抗體膜組成,加到待109(5)核酸傳感器(TheSensorofNucleicAcid)依據(jù)生物體內(nèi)核苷酸順序相對(duì)穩(wěn)定,核苷酸堿基順序互補(bǔ)的原理而設(shè)計(jì)出核酸探針傳感器,即基因傳感器?；騻鞲衅饕话阌?0~30個(gè)核苷酸的單鏈核酸分子,能夠?qū)Ｒ坏嘏c特定靶序列進(jìn)行雜交從而檢測(cè)出特定的目標(biāo)核酸分子。根據(jù)換能器種類不同可分為電化學(xué)型、光學(xué)型、壓電免疫傳感器及表面等離子體共振型基因傳感器，這種傳感器可用于檢測(cè)食品中的病原體,為食品中病原體