生物传感器在食品微生物检验中的应用.ppt

关于生物传感器在食品微生物检验中的应用现在学习的是第1页，共29页计算机计算机大脑大脑传传感感器器感感觉觉器器官官现在学习的是第2页，共29页第一节第一节 生物传感器概述生物传感器概述 能感受规定的被测量并按照一定的规能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由，通常由敏感元件敏感元件和和转化、转换元件转化、转换元件组成。组成。传感器传感器：一、生物传感器的概念一、生物传感器的概念敏感元件：敏感元件：指传感器中能直接感受或相应被测量指传感器中能直接感受或相应被测量的部分。的部分。转换元件：转换元件：指将敏感元件感受或响应的被测量转指将敏感元件感受或响应的被测量转换成适应于传输或测量的电信号部分。换成适应于传输或测量的电信号部分。现在学习的是第3页，共29页 由由生物识别元件生物识别元件和和信号转换器信号转换器组成，能够选择性地对样品中的待测物组成，能够选择性地对样品中的待测物发出响应，通过生物识别系统和电化学或其他传感发出响应，通过生物识别系统和电化学或其他传感器把待测物质的浓度转为电信号，根据电信号大小器把待测物质的浓度转为电信号，根据电信号大小定量测出待测物质的浓度。定量测出待测物质的浓度。生物传感器是应用生物活性材料（如酶、蛋白质、生物传感器是应用生物活性材料（如酶、蛋白质、DNADNA、抗体、抗体、抗原、生物膜等）与物理或化学换能器有机结合的一门抗原、生物膜等）与物理或化学换能器有机结合的一门交叉学科，是物质在分子水平的快速、微量分析方法。交叉学科，是物质在分子水平的快速、微量分析方法。有共同的结构：一种或数种相关生物活性材料及能把生有共同的结构：一种或数种相关生物活性材料及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器。物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器。一、生物传感器的概念一、生物传感器的概念生物传感器（生物传感器（BiosensorBiosensor）：现在学习的是第4页，共29页二、生物传感器的发展史二、生物传感器的发展史19621962年，年，ClarkClark利用酶法和离子选择电极（利用酶法和离子选择电极（ISEISE）技术，构成了技术，构成了“酶电极酶电极”的雏形；的雏形；19671967年，年，UpdikeUpdike将葡萄糖氧化酶固化在将葡萄糖氧化酶固化在ClarkClark氧电极表面，这种酶电极能反复用于血糖测定；氧电极表面，这种酶电极能反复用于血糖测定；第一代生物传感器：第一代生物传感器：6060年代初年代初7070年代中年代中第二代生物传感器：第二代生物传感器：7070年代后期年代后期8080年代初年代初相继出现微生物传感器、组织传感器、细胞传感器和相继出现微生物传感器、组织传感器、细胞传感器和受体传感器；受体传感器；现在学习的是第5页，共29页 根据生物学反应中产生的各种信息（如光电效应、根据生物学反应中产生的各种信息（如光电效应、场效应、热效应、质量变化和光效应等）来设计场效应、热效应、质量变化和光效应等）来设计各种更精密、灵敏的检测装置。各种更精密、灵敏的检测装置。二、生物传感器的发展史二、生物传感器的发展史第三代生物传感器：第三代生物传感器：8080年代中期年代中期9090年代年代现在学习的是第6页，共29页三、生物传感器的特点三、生物传感器的特点经济、简便：一般不需要进行样品预处理经济、简便：一般不需要进行样品预处理，测定时一般不需要另外添加其他试剂；，测定时一般不需要另外添加其他试剂；专一性强；专一性强；体积小便于携带，可实验连续在线检测和现场体积小便于携带，可实验连续在线检测和现场检测；检测；操作系统比较简单，容易实现自动分析，操作系统比较简单，容易实现自动分析，准确度高；准确度高；样品用量小，响应快，可反复使用；样品用量小，响应快，可反复使用；得到的信息量大，可用于指导生产。得到的信息量大，可用于指导生产。优点：优点：现在学习的是第7页，共29页三、生物传感器的特点三、生物传感器的特点敏感膜上生物分子的固定量以及固定分子的敏感膜上生物分子的固定量以及固定分子的活性很难控制，导致传感器使用的一致性、活性很难控制，导致传感器使用的一致性、可靠性差，测量精密度低；可靠性差，测量精密度低；生物分子的活性保持受许多因素影响，导致生物分子的活性保持受许多因素影响，导致传感器使用寿命不长；传感器使用寿命不长；生物敏感膜的制备工艺复杂，成品率不高，生物敏感膜的制备工艺复杂，成品率不高，难以批量生产；难以批量生产；测定环境要求严格。测定环境要求严格。缺点：缺点：现在学习的是第8页，共29页第二节第二节生物传感器的分类、工作原理及生物传感器的分类、工作原理及活性物质固定化活性物质固定化一、生物传感器的分类：一、生物传感器的分类：按工作原理分：按工作原理分：现在学习的是第9页，共29页一、生物传感器的分类一、生物传感器的分类：按所用的生物活性物质分：按所用的生物活性物质分：酶传感器酶传感器 微生物传感器微生物传感器 组织传感器组织传感器 细胞器传感器细胞器传感器 免疫传感器免疫传感器 核酸生物传感器等核酸生物传感器等现在学习的是第10页，共29页按信号转换器类型按信号转换器类型：一、生物传感器的分类一、生物传感器的分类：生物传感器的信号转换器类型生物传感器的信号转换器类型电化学式电化学式光学式光学式其他其他电位式电位式电流式电流式电导式电导式光光导导纤纤维维光光电电子子元元件件表表面面声声波波压压电电晶晶体体热热敏敏件件平平面面波波导导表表面面等等离离子子体体共共振振传传感感聚聚合合物物修修饰饰电电极极金金属属电电极极离离子子选选择择性性电电极极传传感感有有机机盐盐修修饰饰电电极极场场效效应应晶晶体体管管气气敏敏电电极极贵贵金金属属电电极极碳碳素素或或半半导导体体电电极极现在学习的是第11页，共29页 根据生物传感器信号转换的途径，分为：根据生物传感器信号转换的途径，分为：（一）生物或化学转变成电信号（一）生物或化学转变成电信号（二）热变化转变成电信号（二）热变化转变成电信号（三）光效应转变成电信号（三）光效应转变成电信号（四）直接产生电信号（四）直接产生电信号（五）质量信号转换成频率信号（五）质量信号转换成频率信号二、生物传感器的工作原理二、生物传感器的工作原理被测物被测物固定化酶等固定化酶等光检测器光检测器电信号电信号hn现在学习的是第12页，共29页三、生物传感器活性物质的固定化三、生物传感器活性物质的固定化生物传感层固定化方法生物传感层固定化方法交联法交联法共共价价结结合合法法载体结合法载体结合法吸吸附附法法包埋法包埋法凝凝胶胶法法L LB B膜膜法法双双层层脂脂膜膜法法支支持持液液膜膜法法（不使用载体（不使用载体的共价结合法）的共价结合法）现在学习的是第13页，共29页一、酶生物传感器一、酶生物传感器第三节第三节 生物传感器在食品分析中的应用生物传感器在食品分析中的应用固定化酶可与各种转换器组合成酶传感器，用来检测固定化酶可与各种转换器组合成酶传感器，用来检测对应的底物。我们把固定化酶与电化学电极组合而成对应的底物。我们把固定化酶与电化学电极组合而成的电化学酶传感器又称为的电化学酶传感器又称为酶电极酶电极，是利用吸附、共，是利用吸附、共价、交联、包埋等方法将酶固定化，然后与电化价、交联、包埋等方法将酶固定化，然后与电化学检测器件复合而成。学检测器件复合而成。用于固定酶电极用于固定酶电极的电化学器件的电化学器件测电流：测电流：O O2 2、H H2 2O O2 2、H H2 2电极电极测电位：测电位：H H+、COCO2 2、NHNH3 3电极等电极等现在学习的是第14页，共29页酶传感器及特性酶传感器及特性一、酶生物传感器一、酶生物传感器测测定物定物酶酶基基础电极础电极寿寿命命/d d测测定范定范围围/mol.Lmol.L-1-1腺腺苷苷腺腺苷脱氨苷脱氨酸酶酸酶NHNH3 39 9103.2103.210103 3乙乙酰酰胆胆碱碱乙乙酰酰胆胆碱碱脂酶脂酶PtPt2121101010103 3单胺类单胺类单胺氧单胺氧化酶化酶O O2 29 91010100100草酸草酸草酸草酸脱氢脱氢酶酶COCO2 2H H2 2O O2 2303010101201202 210104 410102 2乳酸乳酸盐盐乳酸乳酸单氧单氧化酶化酶Ag/AgClAg/AgCl555510105 5 6 6 10 104 4青青霉素霉素青青霉素酶霉素酶pHpH212110102 210103 3苦杏仁苦杏仁苷苷b b葡聚糖葡聚糖苷苷酶酶氰电极氰电极7 71 110103 3现在学习的是第15页，共29页酶传感器在食品领域的应用：酶传感器在食品领域的应用：一、酶生物传感器一、酶生物传感器（一）酶传感器在食品营养成分分析过程中的应用（一）酶传感器在食品营养成分分析过程中的应用 葡萄糖葡萄糖O O2 2-葡萄糖酸内酯葡萄糖酸内酯H H2 2O O2 2（二）生物传感器在食品安全监督方面的应用二）生物传感器在食品安全监督方面的应用 掺假鉴定掺假鉴定 农药及其残留、重金属、硝酸盐等有害物质检测农药及其残留、重金属、硝酸盐等有害物质检测 GODGOD现在学习的是第16页，共29页 抗原抗原是一种进入机体后能刺激机体产生免疫反应的物质。是一种进入机体后能刺激机体产生免疫反应的物质。当抗原进入机体后刺激当抗原进入机体后刺激B B细胞产生抗体。抗原和抗体可以特异性地结合。细胞产生抗体。抗原和抗体可以特异性地结合。免疫传感器免疫传感器是利用生物体内抗原与抗体专一性结合并导致电化学是利用生物体内抗原与抗体专一性结合并导致电化学变化而设计的，分为变化而设计的，分为:二、免疫传感器二、免疫传感器非标记免疫传感器非标记免疫传感器标记免疫传感器标记免疫传感器现在学习的是第17页，共29页二、免疫传感器二、免疫传感器 免疫传感器及其特性免疫传感器及其特性现在学习的是第18页，共29页几种新型免疫传感器及其在食品分析中的应用：几种新型免疫传感器及其在食品分析中的应用：（一）酶免疫传感器（一）酶免疫传感器 基于决定选择性的免疫化学亲和性和决定灵敏度的标记酶的化学放大作用基于决定选择性的免疫化学亲和性和决定灵敏度的标记酶的化学放大作用制作的一种免疫传感器。制作的一种免疫传感器。（二）光寻址电位传感器（二）光寻址电位传感器（三）受体免疫传感器（三）受体免疫传感器（四）光学免疫传感器（四）光学免疫传感器（五）压电免疫传感器（五）压电免疫传感器（六）免疫芯片（六）免疫芯片 生物芯片生物芯片指包被在固相载体上的高密度指包被在固相载体上的高密度DNADNA、抗原、细胞、组织的微点阵，主要包括芯片实验室、基因芯片、蛋白质芯抗原、细胞、组织的微点阵，主要包括芯片实验室、基因芯片、蛋白质芯片等。如果在固相载体上包被抗原、抗体的微点阵，就构成片等。如果在固相载体上包被抗原、抗体的微点阵，就构成免疫芯片免疫芯片。二、免疫传感器二、免疫传感器现在学习的是第19页，共29页 微生物传感器微生物传感器是由载体结合的微生物细胞和是由载体结合的微生物细胞和电化学器件组成，目前已开发了两种传感器电化学器件组成，目前已开发了两种传感器，一种是以微生物呼吸活性为指标的呼吸型，一种是以微生物呼吸活性为指标的呼吸型传感器，一种是以微生物的代谢产物为指标传感器，一种是以微生物的代谢产物为指标的电极活性物质测定型传感器。的电极活性物质测定型传感器。三、微生物传感器三、微生物传感器现在学习的是第20页，共29页微生物传感器及其特性微生物传感器及其特性现在学习的是第21页，共29页在各种生物传感器中，微生物传感器最适合发酵工在各种生物传感器中，微生物传感器最适合发酵工业的测定。业的测定。微生物传感器可以对食品中的成分和毒物进行检测微生物传感器可以对食品中的成分和毒物进行检测：原材料及代谢产物的测定原材料及代谢产物的测定 微生物细胞总数的测定微生物细胞总数的测定 代谢实验的鉴定代谢实验的鉴定 食品中毒素的检测食品中毒素的检测三、微生物传感器三、微生物传感器现在学习的是第22页，共29页组织传感器组织传感器的基本原理与酶传感器相同，是把动植物组织薄的基本原理与酶传感器相同，是把动植物组织薄片的生物催化层与基础电极相结合，可看成是酶片的生物催化层与基础电极相结合，可看成是酶传感器的衍生形式。传感器的衍生形式。优点：优点：原料易得、成本低廉、灵敏度高、稳定性强、制作简原料易得、成本低廉、灵敏度高、稳定性强、制作简单、使用方便。单、使用方便。四、组织传感器四、组织传感器组织传感器组织传感器动物组织传感器动物组织传感器植物组织传感器植物组织传感器现在学习的是第23页，共29页各种组织传感器及其特性各种组织传感器及其特性现在学习的是第24页，共29页DNADNA生物传感器生物传感器是一种能将目的是一种能将目的DNADNA得存在转变为可检测得电、光、声、波等信得存在转变为可检测得电、光、声、波等信号的传感装置。其原理是在电极上固定一条有十号的传感装置。其原理是在电极上固定一条有十几到上千个核苷酸的单链几到上千个核苷酸的单链DNADNA（ssDNAssDNA），），通过通过DNADNA分子杂交，对另一条含有互补碱基序列的分子杂交，对另一条含有互补碱基序列的DNADNA进行识别，结合成双链进行识别，结合成双链DNADNA（dsDNAdsDNA）。）。（一）（一）DNADNA修饰电极制作传感器修饰电极制作传感器（二）光学（二）光学DNADNA生物传感器生物传感器 光纤光纤DNADNA生物传感器生物传感器 光渐消逝波光渐消逝波DNADNA传感器传感器 表面等离子体共振表面等离子体共振DNADNA生物传感器生物传感器（三）压电晶体（三）压电晶体DNADNA传感器传感器五、五、DNADNA杂交传感器杂交传感器现在学习的是第25页，共29页由细胞器组成的传感器可用来测定用单一酶由细胞器组成的传感器可用来测定用单一酶组成的传感器所不能测定的物质。组成的传感器所不能测定的物质。六、细胞器传感器六、细胞器传感器线粒体传感器线粒体传感器微粒体传感器微粒体传感器叶绿体传感器叶绿体传感器磁粒体传感器磁粒体传感器溶酶体传感器溶酶体传感器辅酶辅酶I I传感器传感器谷胺酰胺传感器谷胺酰胺传感器现在学习的是第26页，共29页仿生型生物传感器仿生型生物传感器七、仿生型生物传感器七、仿生型生物传感器人工酶仿生生物传感器人工酶仿生生物传感器脂质膜开关传感器脂质膜开关传感器现在学习的是第27页，共29页分子印迹技术分子印迹技术（molecular imprinting technique,molecular imprinting technique,MITMIT）是指制备对某一特定的目标分子（模板分子、印迹分是指制备对某一特定的目标分子（模板分子、印迹分子或烙印分子）具有特异选择性的聚合物的过程。子或烙印分子）具有特异选择性的聚合物的过程。设计分子印记传感器的一个重要方面是找到适当的方法设计分子印记传感器的一个重要方面是找到适当的方法解决聚合物与转换器间的界面问题。解决聚合物与转换器间的界面问题。MIPMIP传感器在食品分析、医药和药理研究及战地和城市环境化传感器在食品分析、医药和药理研究及战地和城市环境化学和生化试剂的快速检测方面由很好的应用前景。学和生化试剂的快速检测方面由很好的应用前景。八、分子印迹生物传感器八、分子印迹生物传感器现在学习的是第28页，共29页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第29页，共29页