作业-生物检测技术

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1、生物技术与食品安全和品质控制第1节生物传感器及其在食品检测中的应用第2节免疫学技术与食品安全检测第3节分子生物学技术及其在食品安全检测中的应用第4节生物芯片及其食品安全检测中的应用一、生物传感器的基本概念（一）生物传感器的定义传感器一种把一种信号转换成另一种信号以实现信号检测的元器件.由固定化的具有分子识别功能的生物材料、换能器和信号处理放大装置组成的分析工具或系统。被转换的信号通常包括磁、力、热、光、电、化学，这些信号可以转换成声、光、电等信号以便分析和检测。第1节生物传感器及其在食品检测中的应用从传感器对不同能量进行变换的功能分类：光（辐射）传感器磁传感器力（压力和加速度）传

2、感器温度传感器化学传感器物理传感器生物传感器（biosensor）以传感器为基础，由生物学、电化学、光学、热力学及计算机等学科相互渗透和融合的产物，是多学科的交叉领域。属于化学传感器的范围生物传感器的基本组成单位：生物敏感元件/生物识别元件(biologicalsensingelement)是酶、抗原（体）和微生物细胞等具有分子识别能力的生物分子经固定化后形成的一种膜结构，对被测定的物质有选择性的分子识别能力换能器/转换器（transducer）能将识别元件上进行的生化反应中消耗或生成的化学物质，或产生的光或热等转换为电信号，并且在一定条件下，产生的电信号强度和反应中物质的变化量

3、呈现一定的比例关系信号处理放大装置（singalampligicationsystem）能将换能器产生的电信号进行处理、放大和输出。（二）生物传感器的基本组成和分类1生物传感器的基本组成样品生物被测物生物识别元件换能器识别部位电信号信号处理装置2生物传感器的分类酶传感器微生物传感器免疫传感器细胞器传感器细胞传感器组织传感器DNA传感器生物敏感材料电化学生物传感器介体生物传感器测光型生物传感器测热型生物传感器半导体生物传感器压电晶体生物传感器换能器不同二生物传感器的基本原理（一）生物传感器的反应基础及分子识别机理生物敏感材料中生物分子能选择性的和待测样品中的待测成分进行特异性结合的

4、性质包括酶、抗原、微生物细胞、组织切片、DNA等通过生物的分子识别作用，生物传感器中的生物敏感材料和生物样品中的待测物质特异性结合，并进行生物化学反应，产生离子、质子和质量变化等信号，信号的大小在一定条件下和样品中被测物质的量存在一定的关系，这些信号经换能器转换成电信号，电信号再经信号分析处理系统处理后输出，反映出样品中被测物质的量。生物传感器模型转换器敏感元件待测物生物传感器原理图分子识别（molecularrecognition）指生物敏感材料中生物分子能选择性地和待测样品中的待测成分进行特异性（选择性）结合的性质。生物敏感材料包括酶、抗原（体）等免疫物质、微生物细胞和DNA

5、等。酶的分子识别:指酶分子只能和特定的底物分子进行结合，而不能和其他分子结合的特性。酶分子的识别能力主要是由酶的活性中心决定，其决定了以酶为生物敏感材料的生物传感器的分子识别能力。免疫传感器的分子识别：由传感器上的生物敏感材料－抗原或抗体物质的分子识别能力决定，抗原和抗体象酶和底物一样也能发生特异性（选择性）结合。DNA传感器的分子识别：由DNA分子中碱基对的互补结合特性决定。1酶促反应E+S→ES→P+EE:酶S:底物ES:中间络合物P:反应产物免疫化学反应Ag+Ab=AgAbAg：抗原Ab：抗体3微生物反应利用微生物作为天然的生物催化剂进行的反应。微生物细胞是一个极其复杂的、

6、完整的生命系统，数以千计的酶在系统中高度协调地行使其功能。微生物细胞的膜系统为酶反应提供了天然的适宜环境，细胞可以在相当长的时间内保持一定的催化活性在多底物反应时，微生物比单纯酶更适宜作催化剂细胞本身能提供酶促反应所埯的各种辅酶和辅基微生物细胞比酶的来源更方便，价格低生物学反应中的物理量变化热焓变化生物发光颜色反应阻抗变化直接产生电信号（四）生物传感器的特点(1)根据生物反应的特异性和多样性,理论上可以制成测定所有生物物质的传感器,因而测定范围广泛。(2)一般不需进行样品的预处理,它利用本身具备的优异选择性把样品中被测组分的分离和检测统一为一体，测定时一般不需另加其他试剂,使测定

7、过程简便迅速,容易实现自动分析。(3)体积小、响应快、样品用量少,可以实现连续在位检测。(4)通常其敏感材料是固定化生物元件,可反复多次使用(5)准确度高,一般相对误差可达到1%以内(6)可进行活体分析(7)传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪,因而便于推广普及(8)有的微生物传感器能可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生，能得到许多复杂的物理化学传感器综合作用才能获得的信息。三、生物传感器在食品工业中的应用（一）农药和抗生素残留的分析乙酰胆碱酯场效应管传感器，用