电化学酶生物传感器ppt课件

1、电化学酶生物传感器电化学酶生物传感器20212021年年5 5月于青岛月于青岛电化学酶传感器的原理电化学酶传感器的原理 电化学酶传感器是由生物酶膜与各种电极如离子选择电极、气敏电极、氧化复原电极等电电化学酶传感器是由生物酶膜与各种电极如离子选择电极、气敏电极、氧化复原电极等电化学电极组合而成或将酶膜直接固定在基体电极上制成的生物传感器。根据输出信号的不化学电极组合而成或将酶膜直接固定在基体电极上制成的生物传感器。根据输出信号的不同酶电极可分为电流型和电位型两种类型。同酶电极可分为电流型和电位型两种类型。5.2.1 5.2.1 电流型酶传感器电流型酶传感器 电流型酶电极传感器将酶催化反响产生的物

2、质发生电极反响所产生的电流呼应作为丈量信号，在一定条件下，利用测得的电流信号与被测物活度或浓度的函数关系，来测定样品中某终身物组分的活度或浓度。 酶的分子识别功能及其反响过程的表示图酶的分子识别功能及其反响过程的表示图 酶电极制备过程中的关键在于酶的固定化，固定化的目的在于坚持酶稳定性的同时，尽能够酶电极制备过程中的关键在于酶的固定化，固定化的目的在于坚持酶稳定性的同时，尽能够使酶膜与敏感元件严密接触，这样酶催化反响的产物可以很快地被酶敏感元件所感知并产生相使酶膜与敏感元件严密接触，这样酶催化反响的产物可以很快地被酶敏感元件所感知并产生相应的信号。应的信号。 酶的固定化酶的固定化酶活性中心酶活

3、性中心黄素腺嘌呤二核苷酸FAD)Horseradish Peroxidase 亚铁血红素亚铁血红素Hemin)Hemin)模拟辣根过氧化物酶模拟辣根过氧化物酶G-G-四链体四链体-hemin -hemin 复合物复合物5.2.2 5.2.2 酶电极传感器的开展酶电极传感器的开展三代电流型酶传感器根本原理表示图(A)第一代，(B)第二代，(C)第三代 葡萄糖传感器葡萄糖传感器葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶 GOx 血液中的糖称为血糖，绝大多数都是葡萄糖。体内各组织细胞活动所需的能量大部分来自葡萄糖，所以血糖必需坚持一定的程度才干维持体内各器官和组织的需求。空腹血糖空腹血糖 测定值测定值 7.0 mM

4、高血糖高血糖 9.0 mM 糖尿糖尿由一种称为Clark型氧电极来制备的，用透气膜将酶包裹固定在氧电极外表。葡萄糖传感器通常运用葡萄糖氧化酶glucose oxidase，GOD，该传感器对葡萄糖具有选择性呼应，其检测原理为：第一代葡萄糖传感器第一代葡萄糖传感器检测氧的耗费或过氧化氢的生成 GOD612622612722C H O +O +H OC H O +H O响响 应应机机 理理第二代葡萄糖传感器第二代葡萄糖传感器- -电子媒介体型电子媒介体型电子媒介体是一种具有良好电化学活性的相对分子质量电子媒介体是一种具有良好电化学活性的相对分子质量小的化合物，它担负从酶的氧化复原中心到电极外表传小

5、的化合物，它担负从酶的氧化复原中心到电极外表传送电子的作用。在催化复原过程中，介体首先与复原性送电子的作用。在催化复原过程中，介体首先与复原性的酶反响，然后分散到电极外表并进展快速的电子交换的酶反响，然后分散到电极外表并进展快速的电子交换 (1)可以快速地与复原性的酶反响；可以快速地与复原性的酶反响； (2)具有可逆的异相反响动力学行为；具有可逆的异相反响动力学行为； (3)生成氧化型介体的过电位低而且与生成氧化型介体的过电位低而且与pH无关；无关； (4)它的氧化或复原形状都是稳定的；它的氧化或复原形状都是稳定的； (5)复原型介体不与氧发生反响；复原型介体不与氧发生反响； (6)在运用中无

6、毒化作用。在运用中无毒化作用。图图511 一些常见的媒介体的化学构造一些常见的媒介体的化学构造四硫富瓦烯四硫富瓦烯(TTF)，(b) 四氰苯醌二甲烷四氰苯醌二甲烷(TCNQ)，(c) 二茂铁，二茂铁，(d) N-甲基苯基吡唑酮鎓甲基苯基吡唑酮鎓(NMP+)，(e) 麦多那蓝麦多那蓝常见的媒介体的化学构造常见的媒介体的化学构造 2+2+D-glucose + GOX (FAD) gluconolactone + GOD(FADH )GOD(FADH )+2FcGOX (FAD)+2Fc+2H2Fc2Fc +2e测试片测试片第三代葡萄糖传感器第三代葡萄糖传感器-直接电子传送型直接电子传送型2222

7、2 +2glucose + GOx(FAD) gluconic acid + GOr(FADH ) GOr(FADH ) + O GOx(FAD) + H O GOx(FAD) + 2e + 2H GOr(FADH ) 三代电化学酶传感器总结三代电化学酶传感器总结- -以葡萄糖检测为例以葡萄糖检测为例检测对象检测对象敏感物质（酶）敏感物质（酶）换能器（电极）换能器（电极）葡萄糖葡萄糖麦芽糖麦芽糖蔗糖蔗糖半乳糖半乳糖乳酸乳酸尿酸尿酸尿素氮尿素氮胆固醇胆固醇磷脂质磷脂质氨基酸氨基酸丙酮酸丙酮酸乙醇乙醇葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶淀粉酶淀粉酶转化酶转化酶+变旋光酶变旋光酶+葡萄糖酶葡萄糖酶半乳糖酶半乳糖

8、酶乳酸氧化酶乳酸氧化酶尿酸酶尿酸酶尿酶尿酶胆固醇氧化酶胆固醇氧化酶磷脂酶磷脂酶氨基酸酶氨基酸酶丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶乙醇氧化酶乙醇氧化酶O2, H2O2, PtPtO2PtO2O2H2O2, O2O2, H2O2PtO2, H2O2O2O2常见的电流型酶电极传感器常见的电流型酶电极传感器 2 肌酸和肌酸酐电化学传感器肌酸和肌酸酐电化学传感器222222H OH OH OOHCHOH O 肌酸酐水解酶脒基肌酸水解酶肌氨酸氧化酶肌酸酐肌酸肌酸肌氨酸脲肌氨酸甘氨酸 图517 肌酸微传感器对肌酸的呼应 图516 肌酸和肌酸酐电化学微传感器3. 电流型胆固醇传感器胆固醇测试仪电流型胆固醇传感器胆固醇测

9、试仪 血清中总胆固醇血清中总胆固醇 (total cholesterol ， TC) 包括游离胆固醇包括游离胆固醇 (free cholesterol ， FC) 和胆和胆固醇酯固醇酯 (cholesterol ester ， CE) 两部分。在血清中以游离态存在的胆固醇约占总胆固醇两部分。在血清中以游离态存在的胆固醇约占总胆固醇的的27% 。 中国正常人血清的总胆固醇量约为中国正常人血清的总胆固醇量约为:3.05.20mmol/L。血液中胆固醇含量过高，表示胆。血液中胆固醇含量过高，表示胆固醇代谢能够发生妨碍。冠状动脉粥样硬化患者的血清胆固醇含量往往偏高。因此临床固醇代谢能够发生妨碍。冠状动

10、脉粥样硬化患者的血清胆固醇含量往往偏高。因此临床化 验 上 测 定 血 清 胆 固 醇 含 量 将 有 助 于 诊 断 某 些 疾 病 。化 验 上 测 定 血 清 胆 固 醇 含 量 将 有 助 于 诊 断 某 些 疾 病 。测定胆固醇的原理测定胆固醇的原理4-胆甾烯酮胆甾烯酮 基于蛋白质直接电子转移的全胆固醇传感器基于蛋白质直接电子转移的全胆固醇传感器以壳聚糖为载体将血红蛋白、胆固醇氧化以壳聚糖为载体将血红蛋白、胆固醇氧化酶、胆固醇酯酶固定在玻碳电极外表，在酶、胆固醇酯酶固定在玻碳电极外表，在不运用任何电子媒介体的条件下，利用血不运用任何电子媒介体的条件下，利用血红蛋白和电极之间的直接电子

11、转移，制备红蛋白和电极之间的直接电子转移，制备成高选择性的全胆固醇生物传感器，用于成高选择性的全胆固醇生物传感器，用于测定血清中的总胆固醇含量。测定血清中的总胆固醇含量。 对胆固醇对胆固醇呼应的线性范围为呼应的线性范围为10110mg /dL ，检测限，检测限为为 5 m g / d L ， 呼 应 时 间 为， 呼 应 时 间 为 6 0 s 。电流呼应电流呼应呼应机理呼应机理4. 乳酸电化学传感器乳酸电化学传感器乳酸传感器的制备详细方法如下，先在玻碳电极上滴加一滴用氟聚酯乳酸传感器的制备详细方法如下，先在玻碳电极上滴加一滴用氟聚酯(Nafion)调制的介调制的介体四硫富瓦烯体四硫富瓦烯(T

12、TF)浆液，晾干后再用牛血洁白蛋白和戊二醛将乳酸氧化酶固定在该电浆液，晾干后再用牛血洁白蛋白和戊二醛将乳酸氧化酶固定在该电极外表修饰层上面，即构成乳酸传感器。其反响如下：极外表修饰层上面，即构成乳酸传感器。其反响如下：2+2+ L-+LOD FAD+LOD FADH LOD FADH + 2TTFLOD FAD + 2TTF + 2H2TTF2e2TTF 乳酸 乳酸氧化酶丙酮酸5. 5. 尿酸电化学传感器尿酸电化学传感器 尿酸是核酸中嘌呤分解代谢的产物，正常值为尿酸是核酸中嘌呤分解代谢的产物，正常值为27mg/dL，尿酸测定对于诊断痛风，尿酸测定对于诊断痛风非常有协助。经过检测尿酸酶催化反响的

13、反响物和生成物，进而可以用来测定尿酸非常有协助。经过检测尿酸酶催化反响的反响物和生成物，进而可以用来测定尿酸的含量。在分子氧的存在下，尿酸经尿酸氧化酶氧化成尿囊素、过氧化氢和二氧化的含量。在分子氧的存在下，尿酸经尿酸氧化酶氧化成尿囊素、过氧化氢和二氧化碳，反响式如下所示：碳，反响式如下所示：6. 嘌呤电化学传感器嘌呤电化学传感器各种生物嘌呤如黄嘌呤、次黄嘌呤、肌苷都可以利用电流型酶电极进展检测。例如各种生物嘌呤如黄嘌呤、次黄嘌呤、肌苷都可以利用电流型酶电极进展检测。例如当鱼死后其组织中的腺嘌呤核苷三磷酸当鱼死后其组织中的腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)迅速降解为肌苷单磷酸迅速降解为肌苷单磷酸(IMP

14、)，IMP进一步经酶分解导致了次黄嘌呤进一步经酶分解导致了次黄嘌呤(Hx)积累，因此次黄嘌呤浓度大小可以作为鱼类新积累，因此次黄嘌呤浓度大小可以作为鱼类新颖程度的指示剂。采用电流型传感器检测各种生物嘌呤的酶反响中耗费氧或产生过颖程度的指示剂。采用电流型传感器检测各种生物嘌呤的酶反响中耗费氧或产生过氧化氢，其酶催化反响式如下所示。氧化氢，其酶催化反响式如下所示。7. 电流型有机磷农药残留传感器电流型有机磷农药残留传感器Choline Acetate H2O ineAcetylcholAChE2ChO222222AcetylcholineH OAcetateCholineCholineOBetaine aldehydeH OH OO2e2H 1 1抑制型抑制型 1 12 2抑