第14章离子敏传感器与生物传感器

1、 不同的离子选择电极不同的离子选择电极 其膜的物理性质也不同，其膜的物理性质也不同， 离子选择电极的选择性即离子选择电极的选择性即 源于离子选择性膜源于离子选择性膜。 iji j i lnlnlnln nF RT nF RT nF RT nF RT E常数 iii C 式中，式中， i为离子的活度系数，一般为离子的活度系数，一般 i1，只有当，只有当Ci趋趋 于零时，于零时， i=1。 前面公式是在电极前面公式是在电极 仅对被测离子响应的前仅对被测离子响应的前 提下得出的。然而离子提下得出的。然而离子 选择电极常常对其他离选择电极常常对其他离 子也有响应，则输出将子也有响应，则输出将 受其他离

2、子的影响。受其他离子的影响。 生物传感器的生物传感器的 结构一般是在基础结构一般是在基础 电极上再耦合一个电极上再耦合一个 生物敏感膜。生物生物敏感膜。生物 传感器的传感器的原理原理如图如图 所示。所示。 1阴极；阴极；2聚四氟乙烯膜；聚四氟乙烯膜； 3固定酶膜；固定酶膜；4非对称的透膜非对称的透膜 多孔层；多孔层；5半透膜致密层半透膜致密层 典型的葡萄糖酶传感典型的葡萄糖酶传感 器由三层组成。内层用来器由三层组成。内层用来 固定酶，同时是固定酶，同时是O2或或H2O2 的选择膜。中层为酶膜，的选择膜。中层为酶膜， 是酶反应的场所，在此膜是酶反应的场所，在此膜 内葡萄糖与内葡萄糖与O 2 反应

3、产生反应产生 H2O2。外层膜用来限制葡。外层膜用来限制葡 萄糖的传质过程，以使葡萄糖的传质过程，以使葡 萄糖在膜内扩散过程为反萄糖在膜内扩散过程为反 应的控制步骤。应的控制步骤。 葡萄糖+O2+H2O 葡糖酶 GOD 葡萄糖酸+ H2O2 当传感器放入葡萄糖溶液中时，由于酶的作用而当传感器放入葡萄糖溶液中时，由于酶的作用而 耗氧，此时聚四氟乙烯膜附近的氧气量减少，相应电耗氧，此时聚四氟乙烯膜附近的氧气量减少，相应电 极的还原电流减少，通过电流值的变化可确定葡萄糖极的还原电流减少，通过电流值的变化可确定葡萄糖 浓度的大小。当然也可用金属电极通过测量浓度的大小。当然也可用金属电极通过测量H2O2

4、测定测定 葡萄糖浓度。上述氧电极的一个优点是聚四氟乙烯膜葡萄糖浓度。上述氧电极的一个优点是聚四氟乙烯膜 起到了隔离作用，避免了被测物质与电极直接接触。起到了隔离作用，避免了被测物质与电极直接接触。 1电解质；电解质；2O形环；形环； 3Pb阴极；阴极；4聚四氟乙聚四氟乙 烯；烯；5固化微生物膜；固化微生物膜； 6尼龙网；尼龙网；7Pt阳极阳极 比较基体表面形成抗原比较基体表面形成抗原- - 抗体复合体前后物理性质的变抗体复合体前后物理性质的变 化，就可知道抗原的多少。已化，就可知道抗原的多少。已 发现的物理性质变化有：发现的物理性质变化有：膜膜 电位；电位；电极电位；电极电位；压电特压电特 性

5、；性；光学特性等。光学特性等。 因抗体带正电荷，所以因抗体带正电荷，所以 膜的负电荷减少，而引起膜膜的负电荷减少，而引起膜 电位变化。通过测定两个电电位变化。通过测定两个电 极间的电位差，判断血清中极间的电位差，判断血清中 梅毒抗体的有无。梅毒抗体的有无。 例如把青霉素酶膜涂覆例如把青霉素酶膜涂覆 于测量于测量H+的的ISFET，可做成，可做成 青霉素青霉素FET。酶与青霉素作。酶与青霉素作 用生成的用生成的H+被传感，对青霉被传感，对青霉 素进行定量测试，响应时间素进行定量测试，响应时间 约约25s，寿命可达数月。，寿命可达数月。 其基本原理是基于电其基本原理是基于电 场效应器件对绝缘层与电场效应器件对绝缘层与电 解质溶液间界面电位变化解质溶液间界面电位变化