《生物传感器》PPT课件

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1、第九章生物传感器刘彤彤第一节概述1传感器的定义与分类定义：能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件：指传感器中能直接感受（或响应）被测量的部分；转换元件：指传感器中能将敏感元件感受（或响应）的被测量转换成适宜传输和测量的电信号部分。分类按功能分类：有源传感器、无源传感器按输出信号形式分类：模拟式、数字式按效应分类：物理传感器、化学传感器、生物传感器按测量量分类：位移、速度、力、真空、温度、光、声、射线、浓度和粘度传感器分析生物技术的一个重要领域便是生物传感器(biosensor

2、),它是一个典型的多学科交叉产物,结合了生命科学、分析化学、物理学和信息科学及其相关技术，能够对所需要检测的物质进行快速分析和追踪。生物的基本特征之一，是能够对外界的各种刺激作出反应。其所以能够如此，首先是由于生物能感受外界的各类刺激信号，并将这些信号转换成体内信息处理系统所能接收并处理的信号。例如，人能通过眼、耳、鼻、舌、身等感觉器官将外界的光、声、温度及其它各种化学和物理信号转换成人体内神经系统等信息处理系统能够接收和处理的信号。生物传感器的出现，是科学家的兴趣和科学技术发展及社会发展需求多方面双驱动的结果，经过30多年的发展，已经成为

3、一个涉及内容广泛、多学科介入和交叉、充满创新活力的领域。生物传感器发展阶段20世纪60～70年代，起步阶段：传统酶电极20世纪70年代末期到80年代，发展高潮阶段：介体酶电极20世纪90年代以后市场开发获得显著成绩生物亲和传感器的技术突破酶的直接电化学第二节生物传感器的原理和特点生物敏感膜(biosensitivemembrane)又称分子识别元件(molecularrecognitionelement),是生物传感器的关键元件，直接决定传感器的功能和质量．待分析物生物敏感膜化学量或物理量变化换　能　器可定量加工的电信号生物传感器的工作原理

4、根据生物分子识别部分发生的变化分为下列四种：1）将化学变化转变为电信号2）将热变化转换为电信号3）将生物光效应转换为电信号4）直接诱导电信号生物传感器的分类1）根据生物传感器中分子识别元件中的敏感物质分类：酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、免疫传感器2）依所用换能器来分类：电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器、测声型生物传感器3）根据传感器输出信号产生的方式来分类：代谢型或催化型生物传感器；亲和型生物传感器生物传感器的主要特点（1）特异性好：能从复杂的系统中准确测出某一物质的浓度。（2）灵敏度高：可检测

5、0.1~1.0ppm浓度的物质，最小极限为10-10g/mL。（3）稳定性相对较差：检测结果易受物理和化学环境因素的影响。（4）不能加热杀菌处理：其中的生物物质有失活的可能，因此一般不能加热杀菌处理。（5）制作工艺精细，废品率高，成本昂贵。分子识别元件分类法酶传感器微生物传感器组织传感器细胞传感器核酸传感器免疫传感器分子印迹生物传感器EnzymesensorMicrobialsensorTissuesensorOrganellesensorDNA/RNAsensorimmunosensorMolecularimprintedbiosenso

6、r第三节生物传感器的敏感元件酶传感器各种酶微生物传感器微生物细胞细胞器传感器细胞膜、线粒体、电子传递体、微粒体等细胞器组织传感器细胞组织免疫传感器抗原、抗体基因（DNA）传感器核酸（DNA、RNA）器件分类法光生物传感器电导/阻抗生物传感器声波生物传感器热生物传感器电化学生物传感器半导体生物传感器悬臂梁生物传感器OpticalbiosensorCalorimetricbiosensorAcousticwavebiosensorConductive/impedancebiosensorElectrochemicalbiosensorSemic

7、onductbiosensorCantileverbiosensor生物物质发出的信号转换器可传递信号信号转换器生物反应产生的信号电极式各种电极活性物质，如O2、CO2、H+、NH4+等热敏电阻式热光电纤维式光半导体式电场压电晶体式气体等离子体共振式磁场酶传感器酶：产生于生物体内具有催化活性的一类蛋白质。酶在生命活动中参与新陈代谢、生长、发育、繁殖与运动过程中所有生化反应。具有以下特点：1）酶的催化反应条件极易达到，这使酶极易用作敏感元件2）酶的催化效率比一般催化剂高约106-10133）酶的催化作用具有高度专一性4）酶的活性在生物体内受各

8、种元素的调节与控制酶传感器：包括酶电极、酶场效应晶体管、酶热敏电阻、发光型生物传感器等。酶电极：实际上它是一种电池。在原电极上覆盖一层由酶制成的膜，许多有机物在酶的催化下与氧反应