电化学传感器和生物传感器

电化学传感器和生物传感器第1页，共39页，2023年，2月20日，星期一上一节课主要内容回顾：1.碘离子选择性电极电位型生物传感器2.金属离子选择性电极电位型生物传感器3.酶传感器的三种反应模式4.经典酶电极的反应原理、优缺点5.媒介体酶电极的原理，常用媒介体及好的媒介体所需具备的条件第2页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器♫第三代：直接酶电极第三代电流型生物传感器为直接电化学酶传感器（直接电化学酶电极），是酶的氧化还原活性中心和电极表面直接交换电子的酶传感器（直接电化学）。第3页，共39页，2023年，2月20日，星期一直接和间接酶传感器的电子传递第4页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器♫第三代：直接酶电极实现酶的直接电化学的困难所在：葡萄糖氧化酶酶的分子量大，分子结构复杂，酶的电活性中心往往被酶蛋白本体紧紧地封闭（或绝缘），使其不易暴露难于接近电极表面。第5页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器♫第三代：直接酶电极实现途径：使用电子转移促进剂媒介体：在所研究的电位窗内有电活性，在酶的氧化还原活性中心与电极之间传递电子。促进剂：在所研究的电位窗内无电活性，可以使少数酶与电极之间的直接电子转移成为可能。第6页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器♫第三代：直接酶电极电子转移促进剂的种类：金属阳离子和络合阳离子直链多胺环状多胺氨基糖苷类化合物第7页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器♫第三代：直接酶电极金属阳离子和络合阳离子Ca2+Mg2+Cr(NH3)63+第8页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器♫第三代：直接酶电极直链多胺乙二胺精胺亚精胺第9页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器♫第三代：直接酶电极环状多胺环四胺类第10页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器♫第三代：直接酶电极氨基糖苷类化合物链霉素第11页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器♫第三代：直接酶电极氨基糖苷类化合物庆大霉素第12页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器♫第三代：直接酶电极氨基糖苷类化合物卡那霉素第13页，共39页，2023年，2月20日，星期一四类促进剂效果对比甲酚甲基羟化酶第14页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器影响促进剂效果的因素促进剂的结构促进剂所带电荷形成氢键的能力第15页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器促进剂作用机理促进剂通过与酶的静电作用和通过形成氢键将电极表面与酶的氧化还原中心连接起来,从而使直接电子交换成为可能。

促进剂在电子传递过程中起着桥梁作用。第16页，共39页，2023年，2月20日，星期一♫第三代：直接酶电极实现途径：对酶进行化学修饰电活性物质在电极上的反应速率显著依赖于电子隧道距离,随着电子隧道距离的增大反应速率成指数下降

电子转移速率电子隧道距离（最大允许值为17Å）1Å=10-10m第17页，共39页，2023年，2月20日，星期一♫第三代：直接酶电极机理经化学修饰的酶，构象发生改变，形成电子转移中继体,便可缩短电子隧道距离,从而实现酶的直接电化学。第18页，共39页，2023年，2月20日，星期一♫第三代：直接酶电极常用的化学修饰剂[Ru(NH3)5H2O]2+二茂铁乙酸氢醌磺酸钠第19页，共39页，2023年，2月20日，星期一♫第三代：直接酶电极常用的化学修饰剂2,5—二羟基苯甲酸钠β-萘醌磺酸钠第20页，共39页，2023年，2月20日，星期一♫第三代：直接酶电极缺点损害酶的活性：与天然酶相比,化学修饰酶的活性只保持原来的二分之一至三分之二,这是此法的一大缺点。实现途径：对酶进行化学修饰第21页，共39页，2023年，2月20日，星期一♫第三代：直接酶电极实现途径：酶吸附在电极表面葡萄糖氧化酶黄嘌呤氧化酶葡萄糖酸盐脱氢酶辣根过氧化物酶细胞色素C过氧化物酶主要包括的酶第22页，共39页，2023年，2月20日，星期一♫第三代：直接酶电极实现途径：酶吸附在电极表面汞电极常用的电极石墨电极玻碳电极碳糊电极缺点：酶生物催化活性的缺失。金电极第23页，共39页，2023年，2月20日，星期一♫第三代：直接酶电极实现途径：酶固定化在导电聚合物膜内第24页，共39页，2023年，2月20日，星期一♫第三代：直接酶电极实现途径：酶固定化在导电聚合物膜内第25页，共39页，2023年，2月20日，星期一三代酶传感器对比第26页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器实例♫葡萄糖生物传感器pH计Clark氧电极过氧化氢电极碘离子电极二茂铁电极第27页，共39页，2023年，2月20日，星期一第28页，共39页，2023年，2月20日，星期一乳酸+NAD+丙酮酸盐+NADH+H+乳酸脱氢酶NADHNAD++2e-+H+电流型生物传感器实例♫乳酸生物传感器第29页，共39页，2023年，2月20日，星期一乳酸+2[Fe(CN)6]3-丙酮酸盐+2[Fe(CN)6]4-+2H+细胞色素b2电流型生物传感器实例♫乳酸生物传感器[Fe(CN)6]4-[Fe(CN)6]3-+e-第30页，共39页，2023年，2月20日，星期一乳酸+O2丙酮酸盐+H2O2乳酸氧化酶电流型生物传感器实例♫乳酸生物传感器H2O2-2e-

2H++O2第31页，共39页，2023年，2月20日，星期一乳酸+O2乙酸盐+CO2+

H2O乳酸单氧化酶电流型生物传感器实例♫乳酸生物传感器H2O22H++O2+2e-第32页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器实例♫胆固醇生物传感器最基本的类固醇第33页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器实例♫胆固醇生物传感器高密度胆固醇（对心血管有保护作用，通常称之为“好胆固醇”）低密度胆固醇（若偏高，冠心病的危险性会增加，通常称之为“坏胆固醇”）第34页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器实例♫胆固醇生物传感器与高胆固醇血症密切相关的疾病动脉粥样硬化静脉血栓胆石症冠心病心脏病第35页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器实例♫胆固醇生物传感器血清中总胆固醇的正常含量每单位在140~199毫克

自然界中的胆固醇主要存在于动物性食物之中，植物中没有胆固醇。

兽肉的胆固醇含量高于禽肉，肥肉高于瘦肉，贝壳类和软体类高于一般鱼类，而蛋黄、鱼子、动物内脏的胆固醇含量则最高。第36页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器实例♫胆固醇生物传感器§

含膳食纤维丰富的食物，如：芹菜、玉米、燕麦等；茶叶中的茶色素可降低血液总胆固醇，防止动脉粥样硬化和血栓形成，绿茶比红茶更好；§

维生素C与E可降低血脂，调整血脂代谢，它们在深色或绿色植物（蔬菜、水果）及豆类中含量颇高。§

饮酒可能使血中的高密度脂蛋白升高，加强防治高胆固醇血症的作用。饮酒量以每日摄入的酒精不超过20克（白酒不超过50克）为宜，葡萄酒较合适，但必须严格限制摄入量。第37页，共39页，2023年，2月20日，星期一电流型生物传感器实例♫胆固醇生物传