第八章 酶反应器和酶传感器

1、酶工程学ENZYME ENGINEERING主编：陈守文，酶工程学ENZYME ENGINEERING，第8章酶反应器和酶传感器，第1节酶反应器第2节酶传感器，第8章酶反应器和酶传感器，酶反应器：以酶为催化剂促进酶反应的设备。 第一节酶反应器、酶反应器、低温低压能量少，生产能力少，不能进行自催化连续再生，评价方式：收率和特异性、化学反应器、生物反应器、第八章酶反应器和酶传感器、酶反应器的类型、酶反应器、游离酶反应器固定化酶反应器， 间歇式酶反应器连续式酶反应器流增强酶反应器搅拌罐式反应器(STR )固定床式反应器(PCR )流化床式反应器(FBR )冒泡式反应器(BCR )膜式反应器(MR )

2、喷射式反应器(PR )、第1节酶反应器、第8章酶反应器和酶第8章酶反应器和酶传感器，第1节酶反应器，a .分批搅拌箱式反应器，BSTR，酶和底物一起放入，反应结束后，将反应液一次全部取出，应用于游离化酶和固定化酶，分批式、流加公式、高浓度底物抑制，第8章酶反应器和酶传感器b .连续罐反应器，CSTR，主要适用于固定化酶，在反应器中保持一定体积的反应液，缺点，第八章酶反应器和酶传感器，第一节酶反应器2 .固定床式反应器(PCR )，概念：是在柱固定床中填充颗粒状或板状的固定化酶而构成的，第八章酶反应器优点：适合连续化生产，效率高，缺点3360仅适用可溶性基质的温度和pH难以控制的基质和产物分布不

3、均匀，酶清洗和交换麻烦，酶粒子容易损坏。 3、流化床反应器(FBR )、优点：混合均匀，传热效果好，温度和pH控制容易，压降小，不易堵塞，能处理高粘度的反应液等。 缺点：酶结构容易破坏，反应液必须保持流速，动力成本高，流体力学参数复杂，难以扩增。 第八章酶反应器和酶传感器，第八章酶反应器和酶传感器，第八章酶反应器和酶传感器，第五章酶反应器和酶传感器，第五章酶反应器(MR )，第：结合酶的催化反应和膜的分离作用。 第8章酶反应器和酶传感器、a .固定化酶膜式反应器是将平板状的固定化酶放入各自的容器中装备的，也可以将酶直接固定在膜分离装置的各种多孔质薄膜上进行调制，优点：压降小，酶交换容易，能承受

4、大的压力，设备的扩大容易第八章酶反应器和酶传感器，b .游离酶膜式反应器，优点：游离酶可以回收，消除了产物抑制作用，基质转化率高。 使用反应器、缺点：小时后，酶吸附损失会影响膜的分离性能。第八章酶反应器和酶传感器，第八章酶反应器和酶传感器，第八章酶反应器和酶传感器，第八章酶反应器和酶传感器，第八章酶反应器和酶传感器，第一节酶反应器酶反应器的选定和设计，酶反应器的类型的选择，根据酶的应用形式选择酶反应器， 根据酶反应的动力学性质选择酶反应器，根据底物和产物的理化性质选择酶反应器，第八章酶反应器和酶传感器，第一节酶反应器，酶的应用形式，酶，游离酶，固定化酶，最常用，产量有限，价格高，高温，气体参与

5、，搅拌式，膜式粒子大，机械强度高，适度，粒子状，搅拌式，固定床式，流动层式，第八章酶反应器和酶传感器，罐式流动层式冒泡式，固定床式膜式，游离酶：流动层式固定化酶：固定床式，游离酶：罐式流动层式固定化酶：罐式固定床式流动层式，高温酶：喷射式基质抑制， 第八章酶反应器和酶传感器，酶反应器类型的确定，生产工艺参数和技术指标的确定，材料平衡计算，热平衡计算，设备材料的选择，反应器结构的设计，反应器数量计算，酶反应器的选择和设计，第八章酶反应器和酶传感器， 第一节酶反应器底物浓度酶浓度最佳温度最佳pH反应时间生产强度生成物的收率、底物使用量、反应液体积酶使用量、不锈钢、罐式流化床鼓泡式固定床式喷射式、第

6、八章酶反应器和酶传感器、第一节酶反应器、材料平衡、第八章酶反应器和酶传感器、第一节酶反应器， 反应器数计算间歇式酶反应器：第8章酶反应器和酶传感器，酶反应器的操作，反应温度的调节控制，pH的调节控制，基质浓度的调节控制，酶浓度的调节控制，反应液混合度的调节控制，物质流量的加速率的调节控制，微生物污染的控制，第8章酶反应器和酶传感器， 第一节酶反应器传感器是信息获取和处理的装置，是能够感受规定的测量并根据一定规则转换成可用的输出信号的装置或装置，通常由传感器和转换元件组成。 第二节酶传感器、第八章酶反应器和酶传感器、传感器根据检测对象(被测定)而分为物理传感器(检测热、光、磁、力等物理量的传感器

7、)和化学传感器(检测化学量的传感器)两种。 生物传感器(biosensors )的诞生象征着酶电极葡萄糖电极的出现，是基于1967年Updike和Hicks在Clark 1962年最初提出的酶电极的构想而制造的。 第8章酶反应器和酶传感器、第2节酶传感器、生物传感器、生物传感器是以固定的生物材料(酶、抗原、抗体、激素、DNA、细胞、组织等)为感应元件，与适当的转换元件结合而构成的传感器的一种，输出信号的发生方式：生物亲和型， 根据代谢型传感器元件上的物质分类，有酶传感器、细胞传感器、微生物传感器、组织传感器、免疫传感器、基因传感器等，根据信号转换器分类，有电化学生物传感器、半导体生物传感器、热

8、测定型生物传感器、声音测定型生物传感器等，第8章酶反应器第八章酶反应器和酶传感器、第二节酶传感器、生物传感器的一般工作原理、第八章酶反应器和酶传感器、第二节酶传感器、酶传感器的特征、酶传感器检测出的特异性酶传感器使用的简便性酶传感器检测出的连续性成本体积小、自动化容易普及的第8章酶反应器和酶传感器、第2节酶传感器、酶电极是由固定化酶和离子选择电极、气体感应电极、氧化还原电极等电化学电极组合而成的生物传感器。 电位型酶电极将酶反应引起的物质质量变化转换为电位信号输出。 检测在电极上产生了离子选择性电极pH电极、氨酶电极、二氧化碳敏感性电极、碘电极、氧化还原电极、电流型酶电极、酶反应基质和生成物的

9、电流信号。 氧电极。 第8章酶反应器和酶传感器，第2节酶传感器，离子感应场效应晶体管酶传感器，固定化酶和离子感应场效应晶体管结合的酶传感器。 酶反应器和酶传感器、第二节酶传感器、葡萄糖醌H2O葡萄糖酸氢醌、葡萄糖氧化酶、氢醌2H2e、Pt、铂电极，例如使用ISFET和葡萄糖氧化酶的葡萄糖氧化酶传感器、离子传感器组合半透膜、酶凝胶层、感应电极、构成酶电极的葡萄糖电极、第8章酶反应器和酶传感器、第2节酶传感器、热敏电阻酶传感器、固定化酶和热敏电阻的酶传感器，在酶催化基质反应的过程中，有伴随发热和吸热的热变化(焓变化) 热敏电阻是电阻值随温度变化很大的特殊电阻器。 固定化酶反应器、第8章酶反应器和酶

10、传感器、Tran-Minh等人在1970年代使用该传感器测定了葡萄糖等物质的浓度。 他们使用25点电阻为2 K、温度系数为3.9%/K的热敏电阻，以戊二醛为交联剂，固定葡萄糖氧化酶和血清蛋白质的混合物。 该传感器响应速度快，能在10s以内测量结果，重现性好，误差在3%以内。 热敏电阻酶传感器，固定化酶和热敏电阻组合的酶传感器，第八章酶反应器和酶传感器，光纤酶传感器，以酶为分子识别物，与光纤结合的酶传感器。 其基本原理是将酶催化反应中的物质变化量转换成光学变化量输出，测定被测定物的含量。 第八章酶反应器和酶传感器、声波酶传感器、声波酶传感器是以酶为分子识别物，压电水晶振动为换能器构成的酶传感器。

11、 第8章酶反应器和酶传感器将结晶作用于外部的机械力，在其表面产生电荷的现象称为压电效应。 相反，当电场作用于结晶时，发生与电场强度成比例的机械变形的现象被称为逆压电效应，也称为电应变效应。 正压电效应、逆压电效应的压电系数相等。 有压电效应的晶体材料叫做压电晶体。 压电水晶振子是在一定类型的压电晶体上安装激励电极而构成的传感器元件。 其传感器机制可分为质量响应型声波传感器和非质量响应型声波传感器两种。 声波酶传感器，第八章酶反应器和酶传感器，酶的催化反应，产物生成溶液的电导率显着变化。 压电水晶振子的谐振频率的变化与溶液中介电物质浓度的变化有一定的关系。 声波酶传感器，第八章酶反应器和酶传感器，1 .