生物传感器的原理及应用课件

生物传感器的原理及应用卢余盛110420205生物化工

传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：一、传感器的含义非电物理量转换器件敏感元件转换电路电学量二、传感器的分类EPASBR0APASBR0VE1.力电传感器

力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。pH测量原理测量系统是：pH玻璃电极

参比电极

E=EGlas-ERef

此方程是用来测量溶液中pH电极与参比电极的电位之差。玻璃电极参比电极pH计pH电极构造S7

接口铂金属丝内参比液电极膜玻璃填充口参比系统参比电解液膜玻璃玻璃电极参比电极复合电极生物传感器生物传感器(biosensor)：以生物活性单元(如酶、抗体、核酸、细胞等)作为生物敏感基元，对目标被测物具有高度选择性的检测器。它通过各种物理、化学型信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应，然后将反应的程度用离散或连续的电信号表达出来，从而得出被测物的浓度。是由固定化的生物敏感材料作识别元件与适当的理化换能器及信号放大装置构成的分析工具或系统分子识别原件生物传感器的分类a.根据生物传感器中生物分子识别元件上的敏感物质可分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、基因传感器、免疫传感器等；b.根据生物传感器的信号转化器可分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、热生物传感器、光生物传感器、压电型生物传感器等。电化学生物传感器又可分为安培型和电位型两种。按器件分类

电化学电极光学换能器介体半导体传递系统换能器热敏电阻压电晶体介体生物传感器换能器半导体生物传感器生物电极光生物传感器热生物传感器压电晶体生物传感器酶传感器测定物质氧气过氧化氢氨气二氧化碳透气膜铂阴电极铂阳电极氢正离子敏感膜电流测量电位测量电极酶膜H正离子电位（电极）电流（场效应管）热光热敏电阻传感器光纤传感器酶传感器的类型应用举例：葡萄糖传感器

工作原理

故葡萄糖浓度测试方法有三种：①测耗量Ｏ２

②测Ｈ２Ｏ２生成量③测由葡萄糖酸而产生的ＰＨ变化。

葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ）葡萄糖+H2O＋Ｏ２――――――→葡萄糖酸＋Ｈ２Ｏ２手掌型血糖分析器测量氧消耗量的葡萄糖传感器免疫传感器的工作原理基本原理是免疫反应。利用固定化抗体（或抗原）膜与相应的抗原（或抗体）的特异反应，使得生物敏感膜的电位发生变化。抗原或抗体一经固定于膜上，就形成具有识别免疫反应强烈的分子功能性膜。如，抗原在乙酰纤维素膜上进行固定化，由于蛋白质为双极性电解质，（正负电极极性随ＰＨ值而变）所以抗原固定化膜具有表面电荷。其膜电位随膜电荷要变化。故根据抗体膜电位的变化，可测知抗体的附量。免疫传感器的结构3室注入含有抗体的盐水抗体与固定化抗原膜上的抗原相结合膜表面吸附抗体膜带电状态变化1、2室内的电极产生电位差微生物传感器——BOD传感器（示例）发展背景：传统标准稀释法所需时间长、操作繁琐、准确度差。BOD传感器不仅能满足实际监测的要求，并且有快速、灵敏的特点。BOD传感器的工作原理：以微生物的单一菌种或混合种群作为BOD微生物电极，由于水体中BOD物质的加人或降解代谢的发生，导致水中的微生物内外源呼吸方式的变化或转化，藕联着电流强弱信号的改变，一定条件下传感器输出的电流值与BOD的浓度呈线性关系。制作BOD生物传感器的微生物主要有酵母、假单胞菌、芽抱杆菌、发光菌和嗜热菌等。组织电极与细胞器电极传感器直接采用动植物组织薄片作为敏感元件的电化学传感器称组织电极传感器。其原理是利用动植物组织中的酶,优点：酶活性及其稳定性均比离析酶高,材料易于获取,制备简单,组织中酶处于适宜的环境，同时又相当于被固定化了，使用寿命长等。缺点：但在选择性、灵敏度、响应时间等方面还存在不足。电化学ＤＮＡ传感器电化学DNA传感器是利用单链DNA(ssDNA)或基因探针作为敏感元件固定在固体电极表面,加上识别杂交信息的电活性指示剂(称为杂交指示剂)共同构成的检测特定基因的装置。其工作原理是利用固定在电极表面的某一特定序列的ssDNA与溶液中的同源序列的特异识别作用(分子杂交)形成双链DNA(dsDNA)(电极表面性质改变),同时借助一能识别ssDNA和dsDNA的杂交指示剂的电流响应信号的改变来达到检测基因的目的。杂交检测技术

电化学检测DNA可以分为直接检测和间接检测。直接检测的依据在于DNA与某些电极表面的直接电子转移是可能的,而且DNA的一些组分包括碱基和核糖在一定电势窗口下也是有电化学活性的。间接检测则是通过一些氧化还原媒介来实现电子传递,借助于这些与DNA选择性结合的有电化学活性的指示剂来进行杂交检测。压电晶体生物传感器利用压电石英晶体对表面电极区附着质量的敏感性，并结合生物功能分子(如抗原和抗体)之间的选择特异性，使压电晶体表面产生微小的压力变化，引起其振动频率改变可制成压电生物传