微生物传感器.ppt

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1、微生物传感器主要内容1、前言2、微生物传感器的特点及其影响因素3、微生物传感器的原理4、微生物传感器的制备5、微生物传感器的测定系统6、微生物传感器的应用7、微生物传感器的应用实例8、微生物传感器的发展展望1、前言生物传感器是一门集微电子学、材料科学、生物技术等学科为一体的高新技术。它由分子识别元件(感受器)和与之结合的信号转换器件(换能器)两部分组成的分析工具或系统。前者可以是生物体成分(酶、抗原、抗体、激素、DNA)或生物体本身(细胞、细胞器、组织),它们能特异地识别各种被测物质并与之反应;后者主要有电化学电极、离子敏场效应晶体管(ISFET)、热敏电阻器、光电管、光纤、压电晶体

2、(PZ)等,其功能为将敏感元件感知的生物化学信号转变为可测量的电信号。生物传感器按所用分子识别元件的不同按信号转换元件的不同按对输出电信号的不同测量方式酶传感器微生物传感器组织传感器细胞传感器免疫传感器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电位型生物传感器电流型生物传感器伏安型生物传感器微生物传感器是生物传感器的一个重要分支。1975年Divies制成了第一支微生物传感器,由此开辟了生物传感器发展的又一新领域。在不损坏微生物机能情况下，可将微生物固定在载体上制作出微生物传感器。构造微生物传感器必须注意：(1)以氧电极为基底的传感器的情况下，固

3、定微生物的膜必须保持透气性；(2)传感器的敏感物质是基于活细胞，必须选择温和的固定化方法，使所固定的生物体不失活，保持生物识别元件的活性和稳定性是非常关键的步骤。2、微生物传感器的特点及其影响因素2.1特点同一般酶电极相比，微生物传感器具有以下优点：1）稳定性好，使用寿命长2）微生物传感器响应迟钝时，可将其放在培养介质中浸泡使之恢复3）细菌细胞中一般含有多种酶，对于需要多种酶的反应，微生物传感器提供了方便4）有些酶至今尚无分离办法，可用含有该酶的细菌组成传感器5）微生物传感器可以克服酶价格昂贵、提取困难和不稳定的缺点微生物传感器的不足之处：1）由于细菌细胞内含有多种酶，使一些微生物传

4、感器的选择性和灵敏度受到限制2）因底物需要通过细胞壁扩散，所以微生物传感器响应时间较长2.2影响传感器响应的因素1）PH值：微生物传感器中细菌生长于转换器电极要求的PH值不一致时，需要找出一个折衷值2）缓冲溶液的种类和用量：Tris缓冲液可产生氨，而焦磷酸盐缓冲液对微生物有抑制作用，这两种缓冲液均不能用于用氨气敏电极作为转换器而组成的组氨酸微生物传感器。另外缓冲剂的缓冲容量不足时也会造成电极不符合能斯特响应。3）微生物的用量：增加细菌细胞的用量可使能斯特响应区增宽，但增加得太多又会导致响应减慢，而且传感器浸泡在缓冲液恢复到原来响应值的时间也相应增长。4）温度：微生物传感器虽也要求最适

5、温度，但不像酶电极那样敏感。适当提高温度可使细菌细胞新城代谢以及底物的扩撒加快，从而使响应时间缩短。5）活化剂与稳定剂6）气体的影响3、微生物传感器的原理微生物传感器由固定化微生物、换能器和信号输出装置组成,利用固定化微生物代谢消耗溶液中的溶解氧或产生一些电活性物质并放出光或热的原理实现待测物质的定量测定,原理见下图：微生物传感器原理示意图固定化微生物是传感器的信息捕捉功能元件，是影响传感器性能的核心部件。它既要求将微生物限制在一定的空间,不流失，又要求保持微生物的固有活性和良好的机械性能。固定化技术决定传感器的稳定性、灵敏性和使用寿命等性能指标。最早应用的换能器是电化学电极,主要有

6、氧电极、二氧化碳电极等;随后出现了燃料电池、光敏二极管、场效应晶体管等其他类型的换能器。离子敏场效应管作为换能器被认为是发展新型微生物传感器的有效手段。微生物传感器1、微生物生理特点2、信号测定法呼吸活性测定性微生物传感器代谢活性测定性微生物传感器控制电流或控制电位的恒定法测定电流或电位的上升速度或下降速度的速度法3、分子识别的微生物膜所得的信息能转换为电信号方式上考虑电流测定法电位测定法呼吸活性测定性微生物传感器呼吸活性型微生物传感器由固定化需氧性细菌膜和氧电极组合而成。它是以细菌呼吸活性物质为基础测定被测物的。当将该传感器插入含有饱和溶解氧的试液中时，试液中的有机物受到细菌细胞的

7、同化作用，细菌细胞呼吸加强，扩散到电极表面上氧的量减少，电流减小。当有机物由试液向细菌膜扩散速度达到恒定时，细菌的耗氧量也达到恒定，此时扩散到电极表面上的氧量也变为恒定，因此产生一个恒定电流。此电流与试液中的有机物浓度存在定量关系，据此可测定有关有机物。代谢活性测定性微生物传感器代谢活性型微生物传感器由固定化的厌氧菌膜和相应的电化学传感元件组合而成。它是以细菌代谢活性物质为基础测定被测物的。此类细菌摄取有机物产生各种代谢产物，若代谢产物是氢、甲酸或各种还原