新型生物传感器课件.ppt

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1、发酵过程控制（ControlofFermentationProcess)生物传感器生物传感器1概述2生物传感器基本原理3酶传感器4微生物传感器5其他生物传感器什么是传感器？某工艺参数传感器电、热、光变换器电信号转换器数字量传感器三要素：（1）直接触被测物；（2）可传递性；（3）输出信号与被测参数有明确的关系，最好是线性关系。1概述1.1什么是生物传感器功能：被测物质浓度→生物传感器→可传递信号→数字量组成：生物传感器固定化生物材料——具有专一性功能（感受器）转换器——具有传递性功能生物传感器的发展历程：酶法分析——具有高度专一性，但

2、操作复杂、时间长。固定化酶——使酶法分析自动化，但不具备传递性，只能取样检测。电极——具传递性，但不具备专一性。氧电极pH电极生物传感器的发展历程：1.2生物传感器的特点（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。1.3生物传感器的分类（1）根据生物物质分类（感受

3、器）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）生物传感器感受器转换器（2）根据转换器分类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1.4应用领域与前景1.4.1生物传感器的应用领域（1）在酵工业方面：主要是各种酶传感器和微生物传感器如：糖、甲醇、乙醇、醋酸、甲酸、谷

4、氨酸、赖氨酸、精氨酸、天冬氨酸、抗生物质、氨、甲烷、BOD及菌体数等生物传感器。（2）环境检测方面：应用较多的是各种微生物传感器如：BOD、NH3、NOX、SOX、甲烷及各种重金属离子等BOD、NH3、NOX、SOX、甲烷及各种重金属离子等。（3）医疗方面：主要是酶传感器、免疫传感器、基因传感器如：血清检查和尿样检查等。（4）食品分析：主要是各种酶传感器、免疫传感器2生物传感器的原理2.1电极式生物传感器原理电极式生物传感器电极式生物传感的组成：电极活性物质电极被测物质膜生物催化剂酶、微生物抗体、抗原细胞器、细胞组织输出电信号电化学

5、反应电极式生物传感器原理示意图电极式生物传感器原理模式：被测物质固定化生物催化剂膜电极活性物质电极电信号生物化学反应电化学反应2.2电极活性物质电极活性物质——指易于在电极上反应的物质，如：O2、CO2、H2O2、H+、NH3等。例如：被测物质生物催化剂膜电极活性物质(反应生成或消耗物质)电极乳酸乳酸氧化酶膜消耗O2氧电极(电流↓)L-赖氨酸L-赖氨酸脱羧酶膜生成CO2CO2电极(电压↑)2.3电极的转换方式★电流法——电极活性物质在电极上反应产生电流。常用电极有：氧电极、H2O2电极、燃料电池型电极等。★电压法——电极活性物质有选

6、择地感应产生膜电压。常用电极有：离子选择电极、氨电极、CO2电极等。2.4其它生物传感器原理被测物质固定化生物催化剂膜热热敏电阻电信号生物化学反应被测物质固定化生物催化剂膜光光计数器电信号生物化学反应其他信号：电场电场磁场3酶传感器△酶传感器是应用固定酶膜作为识别被测物质敏感元件（感受器）的生物传感器。△酶传感器包括酶电极传感器、酶光纤传感器和酶热敏电阻传感器等。△Clack最初提出了使用酶进行电化学测定的原理。△希克斯（Hicks）和厄迪克（Updick）首先研制成了测定葡萄糖的酶传感器。3.1酶反应与转换器的耦联耦联关系是指酶反

7、应所生成（如：H2O2、CO2等）或消耗（如O2等）的某种物质，能被转换器转换成电信号。酶传感器中转换器与酶反应的耦联关系酶例耦联物质转换器转换器输出信号氧化酶、过氧化氢酶等O2氧电极电流H2O2H2O2电极电流脱氢酶NADH燃料电极电流尿酶、酰氨酶NH4+（酸性）铵电极电压尿酶、脱氨酶NH3（碱性）氨电极电压脱羧酶CO2CO2电极电压脂肪酶、青霉素酶H+玻璃电极电压3.2固定化酶膜（EBM）的制备（1）固定化方法包埋法：活性损失最小，但不适于测量大分子底物；共价法、交联法：活性损失较大，适应性较广。（2）酶膜制备酶膜制备实例:将乙

8、醇氧化酶和聚乙烯亚胺及牛血清蛋白溶液混合起来，加入5%（V）戊二醛溶液，在5℃下，存放4小时。这种酶的混合物包在聚碳酸脂膜（孔径0.03μm）和醋酸纤维素膜之间，并在5℃使其风干24h。用0.02%（V）戊二醛溶液处理，并用磷酸盐缓冲