第8章-生物传感器.ppt

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1、第8章 生物传感器 3/3/20231第8章 生物传感器 学习目的 掌握生物传感器的工作原理及分类 掌握酶传感器的原理及应用 掌握葡萄糖传感器的原理 熟悉免疫传感器的原理 了解微生物传感器的分类及原理 了解生物传感器的应用 3/3/20232第8章 生物传感器 8.1 8.1 生物传感器的工作原理生物传感器的工作原理8.2 8.2 最常用的生物传感器最常用的生物传感器 8.3 8.3 生物传感器的应用生物传感器的应用本章小结本章小结复习思考题复习思考题主要内容返回主目录返回主目录3/3/20233第8章 生物传感器 生物传感器是在生物传感器是在基础传感器基础传感器上再耦合一个上再耦合一个生物敏

2、感膜生物敏感膜而形成的，生物而形成的，生物功能膜上功能膜上(或膜中或膜中)附着有生物传感器的敏感物质，被测量溶液中待测附着有生物传感器的敏感物质，被测量溶液中待测定的物质经定的物质经扩散扩散作用进入生物敏感膜层，经作用进入生物敏感膜层，经分子识别或发生生物学反分子识别或发生生物学反应应，其所产生的信息可通过相应的化学或物理原理转变成可定量和可，其所产生的信息可通过相应的化学或物理原理转变成可定量和可显示的电信号，通过电信号的分析就可知道被测物质的成分或浓度。显示的电信号，通过电信号的分析就可知道被测物质的成分或浓度。图图8-1 8-1 生物传感器工作原理示意图生物传感器工作原理示意图8.1 生

3、物传感器的工作原理3/3/20234第8章 生物传感器 血糖乳酸测定流程血糖乳酸测定流程3/3/20235第8章 生物传感器 体育上耐力训练体育上耐力训练3/3/20236第8章 生物传感器 手掌型葡萄糖手掌型葡萄糖(glucose)(glucose)分析仪分析仪3/3/20237第8章 生物传感器 工厂发酵车间化验工厂发酵车间化验员正在分析样品员正在分析样品发酵工厂谷氨酸发酵工厂谷氨酸-葡萄糖分析葡萄糖分析3/3/20238第8章 生物传感器 SBA-40SBA-40型谷氨酸型谷氨酸(乳酸乳酸)-)-葡萄糖双功能分析仪葡萄糖双功能分析仪进样帽位于反应进样帽位于反应池上部。可以从池上部。可以从

4、此处注入样品或此处注入样品或标准液标准液仪器处在随时通仪器处在随时通电状态，测定时电状态，测定时按一下开关按一下开关3/3/20239第8章 生物传感器 德国研发的环境废水德国研发的环境废水BODBOD分析仪分析仪3/3/202310第8章 生物传感器 按识别功按识别功能膜分类能膜分类生物传感器生物传感器的生物功能的生物功能膜起分子识膜起分子识别的作用，别的作用，它决定传感它决定传感器的选择性器的选择性.返回本章目录返回本章目录3/3/202311第8章 生物传感器 酶传感器酶传感器由分子识别功能的由分子识别功能的固定化酶膜固定化酶膜与与电化学装置电化学装置两部分构成。由两部分构成。由于酶是蛋

5、白质组成的生物催化剂，能催化许多生物化学反应，生物细胞于酶是蛋白质组成的生物催化剂，能催化许多生物化学反应，生物细胞的复杂代谢就是由成千上万个不同的酶控制的。酶的催化效率极高，而的复杂代谢就是由成千上万个不同的酶控制的。酶的催化效率极高，而且具有高度专一性，即只能对待定待测生物量（底物）进行选择性催化，且具有高度专一性，即只能对待定待测生物量（底物）进行选择性催化，并且有化学放大作用，因此利用酶的特性可以制造出高灵敏度、选择性并且有化学放大作用，因此利用酶的特性可以制造出高灵敏度、选择性好的传感器。好的传感器。酶的催化反应公式：酶的催化反应公式：8.2.1 酶传感器酶传感器 酶的催化作用是在一

6、定的条件下使酶的催化作用是在一定的条件下使底物分解底物分解，故酶的催化作用实际上，故酶的催化作用实际上是是加速底物的分解速度加速底物的分解速度。8.2 最常用的生物传感器3/3/202312第8章 生物传感器 当当把把装装有有酶酶膜膜的的酶酶传传感感器器插插入入试试液液时时，被被测测物物质质在在固固定定化化酶酶膜膜上上发发生生催催化化化化学学反反应应，生生成成或或消消耗耗电电极极活活性性物物质质(如如O O2 2、H H2 2O O2 2、COCO2 2、NHNH3 3等等)，用用电电化化学学测测量量装装置置(如如电电极极)测测定定反反应应中中电电极极活活性性物物量量的的变变化化，电电极极就就

7、能能把把被被测测物物质质的的浓浓度度变变换换成成电电信信号号，从从被被测测物物质质浓浓度与电信号之间的关系就可测定未知浓度，如图度与电信号之间的关系就可测定未知浓度，如图8-38-3所示。所示。图图8-3 8-3 酶传感器的原理示意图酶传感器的原理示意图3/3/202313第8章 生物传感器 利用酶传感器可以测定各种糖、氨基酸、酯质和无机离子等，在医利用酶传感器可以测定各种糖、氨基酸、酯质和无机离子等，在医疗、食品、发酵工业和环境分析等领域获得多方面的应用。例如：疗、食品、发酵工业和环境分析等领域获得多方面的应用。例如：酶传感器可以用于水质监测：酶传感器可以用于水质监测：酚是一类对人体有害的化

8、合物，经常通过炼油和炼焦等工厂的废水酚是一类对人体有害的化合物，经常通过炼油和炼焦等工厂的废水排放到河流和湖泊中。排放到河流和湖泊中。根据测定水中酚含量的需要，科学家利用固定化多酚氧化酶研制成根据测定水中酚含量的需要，科学家利用固定化多酚氧化酶研制成多酚氧化酶传感器，这种酶传感器可快速测定出水中质量分数仅有多酚氧化酶传感器，这种酶传感器可快速测定出水中质量分数仅有的酚。的酚。多功能酶传感器、测定酶活性传感器、半导体酶传感器以及检测难多功能酶传感器、测定酶活性传感器、半导体酶传感器以及检测难溶于水的物质的酶传感器正在研究之中。随着基因工程技术的开发，溶于水的物质的酶传感器正在研究之中。随着基因工

9、程技术的开发，使酶传感器的特性会得到进一步的发展。使酶传感器的特性会得到进一步的发展。把酶制成膜状，将其设置在电极附近，这种方式应用最普遍；把酶制成膜状，将其设置在电极附近，这种方式应用最普遍；金属或金属或FETFET栅极表面直接结合酶，使受体与电极结合起来；栅极表面直接结合酶，使受体与电极结合起来；把固定化酶填充在小柱中作为受体，使受体与电极分离开。把固定化酶填充在小柱中作为受体，使受体与电极分离开。大多数酶是大多数酶是水溶性水溶性的，需要通过固定化技术制成的，需要通过固定化技术制成酶膜酶膜，才能构，才能构成酶传感器的受体。在酶传感器中构成固定化酶有三种方式：成酶传感器的受体。在酶传感器中构

10、成固定化酶有三种方式：应用：3/3/202314第8章 生物传感器 葡萄糖是典型的葡萄糖是典型的单糖单糖类，是一切生物的良好能源，测定血液中葡萄糖浓类，是一切生物的良好能源，测定血液中葡萄糖浓度对度对糖尿病糖尿病患者作临床检查是很重要的。葡萄糖传感器是以葡萄糖氧化患者作临床检查是很重要的。葡萄糖传感器是以葡萄糖氧化酶酶(GOD)(GOD)为生物催化剂，为生物催化剂，氧电极氧电极为电化学测量装置，通过测定酶作用后氧为电化学测量装置，通过测定酶作用后氧含量的变化实现对糖的量的测量，如图含量的变化实现对糖的量的测量，如图8-48-4所示所示。图图8-4 8-4 葡萄糖传感器的原理示意图葡萄糖传感器的

11、原理示意图8.2.2 8.2.2 葡萄糖传感器葡萄糖传感器3/3/202315第8章 生物传感器 图中试料中的葡萄糖因葡萄糖氧化酶的作用被氧化，图中试料中的葡萄糖因葡萄糖氧化酶的作用被氧化，反应方程为：反应方程为：上式表明可以通过测量上式表明可以通过测量氧的消耗量氧的消耗量、或、或H2O2的生成量的生成量、或、或由葡萄糖酸引起的由葡萄糖酸引起的PH值值的变化来测量葡萄糖的浓度。的变化来测量葡萄糖的浓度。因此，从溶液中向电极扩散的氧气一部分因酶反应而被消因此，从溶液中向电极扩散的氧气一部分因酶反应而被消耗掉，到达电极的氧气量减少，由氧电极测定氧浓度的变耗掉，到达电极的氧气量减少，由氧电极测定氧浓

12、度的变化即可知道葡萄糖的浓度。化即可知道葡萄糖的浓度。3/3/202316第8章 生物传感器 氧电极是隔膜型氧电极是隔膜型PtPt阴电极，氧穿透膜一般是阴电极，氧穿透膜一般是 厚的特氟隆；厚的特氟隆；测量时将其与测量时将其与PbPb阳极浸入浓阳极浸入浓NaOHNaOH溶液中构成电池，溶液中的溶液中构成电池，溶液中的氧穿透膜后达到氧穿透膜后达到PtPt电极被还原，反应方程为：电极被还原，反应方程为：这样，有阴极电流流过，这样，有阴极电流流过，氧量减小氧量减小，此，此电流值减小电流值减小，当溶，当溶液中向膜扩散的氧量达到平衡时电流值恒定，此恒电流值液中向膜扩散的氧量达到平衡时电流值恒定，此恒电流值

13、与起始的电流值之差与起始的电流值之差I I与试液中与试液中葡萄糖的浓度有一定的关葡萄糖的浓度有一定的关系系，通过测得，通过测得I I就能容易地求出葡萄糖的浓度。就能容易地求出葡萄糖的浓度。3/3/202317第8章 生物传感器 微生物传感器由固定化微生物膜及电化学装置组成，微生物传感器由固定化微生物膜及电化学装置组成，微生物膜的固定法与酶的固定方式相同，一般用微生物膜的固定法与酶的固定方式相同，一般用吸吸附法附法和和包裹法包裹法两种。微生物的生存特性对氧气有两种。微生物的生存特性对氧气有好好气性气性与与厌气性厌气性之分，其传感器分为之分，其传感器分为:好气性微生物传感器厌气性微生物传感器8.2

14、.3 8.2.3 微生物传感器微生物传感器3/3/202318第8章 生物传感器 好气性微生物生存在好气性微生物生存在含氧条件含氧条件下，下，生长过程离不开氧，它生长过程离不开氧，它吸入氧气而吸入氧气而放出二氧化碳放出二氧化碳，这种微生物的呼吸，这种微生物的呼吸可用氧电极或二氧化碳电极来测定。可用氧电极或二氧化碳电极来测定。将微生物固定化膜与氧电极或二氧将微生物固定化膜与氧电极或二氧化碳电极组合在一起，构成呼吸型化碳电极组合在一起，构成呼吸型微生物传感器，其结构原理如图微生物传感器，其结构原理如图8-5a所示。所示。1好气性微生物传感器 图图8-5 8-5 微生物传感器结构原理示意图微生物传感

15、器结构原理示意图3/3/202319第8章 生物传感器 其中将微生物固定于乙酰纤维素等膜其中将微生物固定于乙酰纤维素等膜上，然后把它附着在隔膜式氧电极的上，然后把它附着在隔膜式氧电极的透氧膜上就构成了呼吸型微生物氧电透氧膜上就构成了呼吸型微生物氧电极。把这种微生物传感器放入含有机极。把这种微生物传感器放入含有机化合物的试液中，有机物向微生物膜化合物的试液中，有机物向微生物膜内扩散，而被微生物摄取，摄取有机内扩散，而被微生物摄取，摄取有机物时呼吸旺盛，余下部分的氧通过特物时呼吸旺盛，余下部分的氧通过特氟隆膜到达氧电极，而变成稳定的阴氟隆膜到达氧电极，而变成稳定的阴极电流。极电流。也就是说，有机物

16、被摄取前后，微也就是说，有机物被摄取前后，微生物呼吸量可转化为电流值来测定。生物呼吸量可转化为电流值来测定。这种电流与有机物浓度间有着直接这种电流与有机物浓度间有着直接关系。利用这种关系就可对有机物关系。利用这种关系就可对有机物进行定量测试。进行定量测试。图图8-5 8-5 微生物传感器结构原理示意图微生物传感器结构原理示意图3/3/202320第8章 生物传感器 厌气性微生物的生长会受到氧的妨碍，厌气性微生物的生长会受到氧的妨碍，可由其生成的可由其生成的二氧化碳二氧化碳或代谢产物量来或代谢产物量来测定其生理状态。当测定微生物的代谢测定其生理状态。当测定微生物的代谢生成物时，可用离子选择电极来

17、测定，生成物时，可用离子选择电极来测定，如图如图8-5b所示所示用氢生菌固定膜，它能使有机物氧化用氢生菌固定膜，它能使有机物氧化生成氢，氢通过膜并在铂电极表面扩生成氢，氢通过膜并在铂电极表面扩散、氧化，即可产生电流，其值与试散、氧化，即可产生电流，其值与试液中有机物的浓度有关，可测知有机液中有机物的浓度有关，可测知有机物的浓度。物的浓度。图图8-5 8-5 微生物传感器结构原理示意图微生物传感器结构原理示意图 2厌气性微生物传感器 3/3/202321第8章 生物传感器 微生物传感器是把活着的微生物菌固定于膜面上，作为微生物传感器是把活着的微生物菌固定于膜面上，作为生物功能元件来使用。生物功能

18、元件来使用。目前微生物传感器已用到发酵工目前微生物传感器已用到发酵工艺及环境监测等部门。艺及环境监测等部门。如通过测水中有机物含量即可测如通过测水中有机物含量即可测量江河及工业废水中有机物污染程度。量江河及工业废水中有机物污染程度。医疗部门医疗部门通过测通过测定血清中的微量氨基酸定血清中的微量氨基酸(苯基丙氨酸和亮氨酸苯基丙氨酸和亮氨酸)，对早期，对早期诊断苯基酮尿素病毒和糖尿病有效。诊断苯基酮尿素病毒和糖尿病有效。酶和微生物传感器主要是以低分子有机化合物作为测定酶和微生物传感器主要是以低分子有机化合物作为测定对象，但对高分子有机化合物的识别能力不佳。对象，但对高分子有机化合物的识别能力不佳。

19、利用抗利用抗体对抗原的识别功能和与抗原的结合功能构成对蛋白质、体对抗原的识别功能和与抗原的结合功能构成对蛋白质、多糖类结构略异的高分子有高选择性的免疫传感器。多糖类结构略异的高分子有高选择性的免疫传感器。3/3/202322第8章 生物传感器 一旦病原菌或其他异性蛋白质（即抗原）侵入人体，会在人体内产一旦病原菌或其他异性蛋白质（即抗原）侵入人体，会在人体内产生能识别抗原并将其从体内排除的物质（称为抗体），抗原与抗体结生能识别抗原并将其从体内排除的物质（称为抗体），抗原与抗体结合形成复合物（称免疫反应），从而将抗原清除。合形成复合物（称免疫反应），从而将抗原清除。免疫传感器的基本原理就是免疫反应

20、，它是利用免疫传感器的基本原理就是免疫反应，它是利用抗体能识别抗原并抗体能识别抗原并与抗原结合与抗原结合的功能而制成的生物传感器。的功能而制成的生物传感器。利用固定化抗体（或抗原）膜与相应的抗原（或抗体）的特异反应，利用固定化抗体（或抗原）膜与相应的抗原（或抗体）的特异反应，此反应的结果使生物敏感膜的电位发生变化。此反应的结果使生物敏感膜的电位发生变化。8.2.4 8.2.4 免疫传感器免疫传感器3/3/202323第8章 生物传感器 图图8-6 8-6 免疫传感器的结构原理图免疫传感器的结构原理图图图8-68-6为这种免疫传感器的结构原理图。图中为这种免疫传感器的结构原理图。图中2 2、3

21、3两室间有固定化抗两室间有固定化抗原膜，而原膜，而1 1、3 3两室之间没有固定化抗原膜。正常情况下，两室之间没有固定化抗原膜。正常情况下，1 1、2 2室内电室内电极间极间无电位差无电位差。若。若3 3室内注入室内注入含有抗体的盐水含有抗体的盐水时，由于抗体和固定化时，由于抗体和固定化抗原膜上的抗原相结合，使膜表面吸附了特异的抗体，而抗体是有电抗原膜上的抗原相结合，使膜表面吸附了特异的抗体，而抗体是有电荷的蛋白质，从而使抗原固定化膜带电状态发生变化，因此荷的蛋白质，从而使抗原固定化膜带电状态发生变化，因此1 1、2 2室内室内的电极间有电位差产生。的电极间有电位差产生。3/3/202324第

22、8章 生物传感器 根据上述原理，可以把免疫传感器的敏感膜与酶免疫分析法根据上述原理，可以把免疫传感器的敏感膜与酶免疫分析法结合起来进行超微量测量，它是利用酶为标识剂的化学放大。结合起来进行超微量测量，它是利用酶为标识剂的化学放大。化学放大就是微量酶（化学放大就是微量酶（E E）使少量基质（）使少量基质（S S）生成多量生成物。）生成多量生成物。当酶是被测物时，一个当酶是被测物时，一个E E应相对许多应相对许多P P，测量，测量P P对对E E来说就是化学来说就是化学放大，根据这种原理制成的传感器称为酶免疫传感器。放大，根据这种原理制成的传感器称为酶免疫传感器。目前正在研究的诊断癌症用的传感器把

23、目前正在研究的诊断癌症用的传感器把-甲胎蛋白（甲胎蛋白（AFPAFP）作为癌诊断指标，它将作为癌诊断指标，它将AFPAFP的抗体固定在膜上组成酶免疫传感的抗体固定在膜上组成酶免疫传感器，可检测器，可检测1010-9-9gAFPgAFP。这是一种非放射性超微量测量方法。这是一种非放射性超微量测量方法。返回本章目录返回本章目录3/3/202325第8章 生物传感器 生物传感器目前仍处于开发阶段，具有广泛的应用前景。特别是随着生物医学工程迅生物传感器目前仍处于开发阶段，具有广泛的应用前景。特别是随着生物医学工程迅速发展，对生物传感器的需求更迫切，下表列出了生物传感器在生物医学中的应用。速发展，对生物

24、传感器的需求更迫切，下表列出了生物传感器在生物医学中的应用。由于医疗诊断的需要，很多场合要求生物传感器置入体内检测，并直接显示测量结果。由于医疗诊断的需要，很多场合要求生物传感器置入体内检测，并直接显示测量结果。因此，研究、开发集成化微型生物传感器是生物传感器发展的重要方向之一。因此，研究、开发集成化微型生物传感器是生物传感器发展的重要方向之一。8.3 8.3 生物传感器的应用生物传感器的应用3/3/202326第8章 生物传感器 为了迅速检测发酵培养液中为了迅速检测发酵培养液中谷氨酸含量谷氨酸含量，可采用谷氨酸传感器，可采用谷氨酸传感器，它是将微生物它是将微生物大肠杆菌大肠杆菌（含有谷氨酸脱

25、羧酶）固定化在电极硅（含有谷氨酸脱羧酶）固定化在电极硅橡胶膜上与橡胶膜上与CO2的电极组成谷氨酸传感器。在测量时，谷氨酸的电极组成谷氨酸传感器。在测量时，谷氨酸脱羧酶引起发酵培养液反应产生脱羧酶引起发酵培养液反应产生CO2气体，而气体，而CO2气体可使电极气体可使电极电位增高，而电位变化又与谷氨酸浓度的对数成正比关系，因电位增高，而电位变化又与谷氨酸浓度的对数成正比关系，因此这种传感器可连续测量谷氨酸含量。此这种传感器可连续测量谷氨酸含量。生物传感器在工业生产中也得到广泛的应用，如生物传感器在工业生产中也得到广泛的应用，如发酵发酵工业生产中工业生产中各种化学物质需连续各种化学物质需连续控制发酵

26、生成物的浓度控制发酵生成物的浓度，以保证发酵质量。，以保证发酵质量。应用3/3/202327第8章 生物传感器 生物传感器测定食品成分也有许多优越性：可以使食品分析生物传感器测定食品成分也有许多优越性：可以使食品分析专业技术人员从繁琐的常规分析中解放出来，由于采用了专一专业技术人员从繁琐的常规分析中解放出来，由于采用了专一性高的性高的酶法分析酶法分析，在分析中不受颜色和其它成分的干扰，速度，在分析中不受颜色和其它成分的干扰，速度快。因此有广泛的应用前景。它们不仅可以直接应用在食品成快。因此有广泛的应用前景。它们不仅可以直接应用在食品成分的直接分析上，而且在许多场合可以用作打击假冒食品的主分的直

27、接分析上，而且在许多场合可以用作打击假冒食品的主要工具。现举以下实例加以说明。要工具。现举以下实例加以说明。蜂蜜中掺杂一些特殊成分的鉴别：当掺假物质为蔗糖、饴糖、面蜂蜜中掺杂一些特殊成分的鉴别：当掺假物质为蔗糖、饴糖、面粉、人工转化糖等的时候，用葡萄糖传感器测定：粉、人工转化糖等的时候，用葡萄糖传感器测定：未加以转化的蜂蜜中葡萄糖量；未加以转化的蜂蜜中葡萄糖量；加糖化酶转化后的葡萄糖量：加糖化酶转化后的葡萄糖量：采用稀酸转化后的葡萄糖量。采用稀酸转化后的葡萄糖量。分析结果表明：葡萄糖量超过稀酸转化后的葡萄糖量的分析结果表明：葡萄糖量超过稀酸转化后的葡萄糖量的50%50%时，时，可能掺有转化糖、

28、面粉、饴糖等成分。用糖化酶处理后的蜂蜜，可能掺有转化糖、面粉、饴糖等成分。用糖化酶处理后的蜂蜜，如葡萄糖明显增高，则表明其中掺有饴糖、面粉等。如葡萄糖明显增高，则表明其中掺有饴糖、面粉等。3/3/202328第8章 生物传感器 类似的分析测定方法也可以用在类似的分析测定方法也可以用在乳品、含糖酒品乳品、含糖酒品等等许多食品的分析上。比如用乳酸传感器可以测定牛乳许多食品的分析上。比如用乳酸传感器可以测定牛乳鲜度，用葡萄糖传感器鉴别奶中的糊精。鲜度，用葡萄糖传感器鉴别奶中的糊精。其它的生物传感器如尿素、蔗糖、酒精、谷氨酸、其它的生物传感器如尿素、蔗糖、酒精、谷氨酸、乳酸等都可以在鉴别食品成分和打假

29、中。这些生物传乳酸等都可以在鉴别食品成分和打假中。这些生物传感器与食品专业分析人员的日常工作结合，不仅可以感器与食品专业分析人员的日常工作结合，不仅可以产生很大的社会效益，而且可以丰富和发展食品分析产生很大的社会效益，而且可以丰富和发展食品分析科学，并且发展和制订我国的食品分析法规。科学，并且发展和制订我国的食品分析法规。3/3/202329第8章 生物传感器 人们已经注意到，生物体本身就存在各式各样的传感器，生物体借人们已经注意到，生物体本身就存在各式各样的传感器，生物体借助于这些传感器与环境不断地交流信息，以维持正常的生命活动。助于这些传感器与环境不断地交流信息，以维持正常的生命活动。例如

30、细菌的趋化性和趋光性，植物的向阳性，动植物器官例如细菌的趋化性和趋光性，植物的向阳性，动植物器官（如人的视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉等）以及某些动物的（如人的视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉等）以及某些动物的特异功能（如蝙蝠的超声波定位、海豚的声纳导航测距、信鸽特异功能（如蝙蝠的超声波定位、海豚的声纳导航测距、信鸽和候鸟的方向识别、犬类敏锐的嗅觉等）都是生物传感功能的和候鸟的方向识别、犬类敏锐的嗅觉等）都是生物传感功能的典例。因此制造各种人工模拟生物传感器或称仿生物传感器是典例。因此制造各种人工模拟生物传感器或称仿生物传感器是传感器发展的重要课题。传感器发展的重要课题。随着机器人技术的发展，视觉、

31、听觉、触觉传感器的发展取得相当成随着机器人技术的发展，视觉、听觉、触觉传感器的发展取得相当成绩。但是，生物传感器的精巧结构和奇特功能是现阶段人工仿生传感器绩。但是，生物传感器的精巧结构和奇特功能是现阶段人工仿生传感器无法比拟的。目前对生物传感器的结构、性能和响应机理知之甚少，甚无法比拟的。目前对生物传感器的结构、性能和响应机理知之甚少，甚至连一些感觉器官在生物体内的分布和地址都不太清楚。因此，要研制至连一些感觉器官在生物体内的分布和地址都不太清楚。因此，要研制仿生传感器，需要做大量的基础研究工作。仿生传感器，需要做大量的基础研究工作。返回本章目录返回本章目录3/3/202330第8章 生物传感

32、器 本章小结u生物传感器是在基础传感器上再耦合一个生物敏感膜而形成的，被测量溶液生物传感器是在基础传感器上再耦合一个生物敏感膜而形成的，被测量溶液中待测定的物质经中待测定的物质经扩散作用进入生物敏感膜层扩散作用进入生物敏感膜层，经，经分子识别或发生生物学分子识别或发生生物学反应反应，其所产生的信息可通过相应的化学或物理原理转变成可定量和可显，其所产生的信息可通过相应的化学或物理原理转变成可定量和可显示的电信号，通过电信号的分析就可知道被测物质的成分或浓度。示的电信号，通过电信号的分析就可知道被测物质的成分或浓度。u酶传感器酶传感器由分子识别功能的固定化酶膜与电化学装置两部分构成。由于酶由分子识

33、别功能的固定化酶膜与电化学装置两部分构成。由于酶是蛋白质组成的生物是蛋白质组成的生物催化剂催化剂，能催化许多生物化学反应，生物细胞的复杂，能催化许多生物化学反应，生物细胞的复杂代谢就是由成千上万个不同的酶控制的。酶的催化效率极高，而且具有高代谢就是由成千上万个不同的酶控制的。酶的催化效率极高，而且具有高度专一性，即只能对特定待测生物量（底物）进行选择性催化，并且有化度专一性，即只能对特定待测生物量（底物）进行选择性催化，并且有化学放大作用。学放大作用。u葡萄糖是典型的单糖类，是一切生物的良好能源，测定血液中葡萄糖浓度对葡萄糖是典型的单糖类，是一切生物的良好能源，测定血液中葡萄糖浓度对糖尿病患者

34、作临床检查是很重要的。葡萄糖传感器是糖尿病患者作临床检查是很重要的。葡萄糖传感器是以葡萄糖氧化酶以葡萄糖氧化酶(GOD)(GOD)为生物催化剂，氧电极为电化学测量装置，通过测定酶作用后氧含量的变为生物催化剂，氧电极为电化学测量装置，通过测定酶作用后氧含量的变化实现对糖的量的测量化实现对糖的量的测量。3/3/202331第8章 生物传感器 本章小结u微生物传感器微生物传感器分为好气性微生物传感器和厌气性微生物传感器分为好气性微生物传感器和厌气性微生物传感器两大类。两大类。u好气性微生物好气性微生物生存在含氧条件下，生长过程离不开氧，它吸入生存在含氧条件下，生长过程离不开氧，它吸入氧气而放出二氧化

35、碳，这种微生物的呼吸可用氧电极或二氧化碳氧气而放出二氧化碳，这种微生物的呼吸可用氧电极或二氧化碳电极来测定。电极来测定。u厌气性微生物的生长会受到氧的妨碍，可由其生成的二氧化碳或厌气性微生物的生长会受到氧的妨碍，可由其生成的二氧化碳或代谢产物量来测定其生理状态。当测定微生物的代谢生成物时，代谢产物量来测定其生理状态。当测定微生物的代谢生成物时，可用离子选择电极来测定可用离子选择电极来测定 。u免疫传感器的基本原理就是免疫反应，它是利用抗体能识别抗原免疫传感器的基本原理就是免疫反应，它是利用抗体能识别抗原并与抗原结合的功能而制成的生物传感器。利用固定化抗体（或并与抗原结合的功能而制成的生物传感器

36、。利用固定化抗体（或抗原）膜与相应的抗原（或抗体）的特异反应，此反应的结果使抗原）膜与相应的抗原（或抗体）的特异反应，此反应的结果使生物敏感膜的电位发生变化。生物敏感膜的电位发生变化。返回本章目录返回本章目录3/3/202332第8章 生物传感器 复习思考题1 1生物传感器的工作原理是什么？生物传感器的工作原理是什么？2 2举例说明酶传感器的应用。举例说明酶传感器的应用。3 3微生物传感器分为哪几种？各有何特点？微生物传感器分为哪几种？各有何特点？4 4葡萄糖传感器的工作原理是什么？葡萄糖传感器的工作原理是什么？5 5举例说明葡萄糖传感器的应用。举例说明葡萄糖传感器的应用。返回本章目录返回本章目录3/3/202333第8章 生物传感器 返回主目录返回主目录3/3/202334