物理化學(xué)論文-貴州大學(xué)-文庫吧
2025-05-23 20:32 本頁面
【正文】 。Biosensorbiotechnology 第一章 前言 生物電化學(xué)傳感器是一種較經(jīng)濟(jì)、操作過程很簡單的分析裝置,、生態(tài)監(jiān)控、,有酶傳器、微生物傳感器、組織傳感器、免疫傳感器、細(xì)胞器傳感器等.11生物化學(xué)傳感器基本工作原理簡介 傳感器通常由敏感(識別)元件、轉(zhuǎn)換元件、電子線路及相應(yīng)結(jié)構(gòu)附件組成。生物傳感器是指用固定化的生物體成分(酶、抗原、抗體、激素等)或生物體本身(細(xì)胞、細(xì)胞器、組織等)作為感元件的傳感器。電化學(xué)生物傳感器則是指由生物材料作為敏感元件,電極(固體電極、離子選擇性電極、氣敏電極等)作為轉(zhuǎn)換元件,以電勢或電流為特征檢測信號的傳感器。由于使用生物材料作為傳感器的敏感元件,所以電化學(xué)生物傳感器具有高度選擇性,是快速、直接獲取復(fù)雜體系組成信息的理想分析工具。一些研究成果已在生物技術(shù)、食品工業(yè)、臨床檢測、醫(yī)藥工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境分析等領(lǐng)域獲得實(shí)際應(yīng)用。敏感材料是對目標(biāo)物進(jìn)行選擇性作用的生物活性單元。最先被使用的是具有高度選擇催化活性的酶。酶或是以物理方法(包埋、吸附等)，或是以化學(xué)方法(交聯(lián)、聚合等)被固定在化學(xué)傳感器的敏感膜中，然后，以化學(xué)電極作為換能器測定酶催化目標(biāo)物反應(yīng)所生成的特定產(chǎn)物的濃度，從而問接地測定目標(biāo)物的濃度。隨著物理檢測手段的引入，人們已成功地把抗體、DNA聚合物、核酸、細(xì)胞受體和完整細(xì)胞等具有特異選擇性作用功能的生物活性單元用作了敏感材料。第2章 生物化學(xué)傳感器的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀簡介 1962年，Clark在紐約自然科學(xué)學(xué)會(huì)的論文集中首次提出了“在化學(xué)電極的敏感膜中加入酶以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物進(jìn)行選擇性分析”的設(shè)想。1967年，Updike等人把葡萄糖氧化酶固定化膜和氧電極組裝在一起，制成了第一代生物傳感器。經(jīng)過40年地不斷發(fā)展，隨著研究的深入，各種物理手段不斷地被引入到生物傳感器，當(dāng)今的生物傳感技術(shù)日新月異。1975年，熱酶探針(thermalenzymeprobe)和酶熱敏電阻器(tnzymethermistor)分別研制成功。20世紀(jì)70年代起，人們就開始尋求一種可以直接捕捉敏感源與目標(biāo)物之間結(jié)合過程(如，抗體與抗原的結(jié)合)的換能器。直到1983年，Leiberg等人發(fā)表了一篇采用表面等離子體共振(SPR)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測親合反應(yīng)的報(bào)道后，這一問題才得到解決，這一技術(shù)隨即促成了免疫傳感器的產(chǎn)生。1984年，Turner等人報(bào)道了用二茂鐵及其衍生物作為氧化還原酶的介體以制造廉價(jià)酶電極的方法。很快MediSense公司便以此為基礎(chǔ)發(fā)展了能大規(guī)模生產(chǎn)具有高重現(xiàn)性酶電極的絲網(wǎng)印刷技術(shù)，該技術(shù)推動(dòng)了生物傳感器的發(fā)展。20世紀(jì)90年代初，生物傳感器的研究進(jìn)入第二階段，這時(shí)期的生物傳感器為第二代。第二代生物傳感器的特點(diǎn)是使用抗體或受體蛋白作分子識別組件，換能器的選用則更為多樣化，諸如場效應(yīng)管(FET)，光纖(FOS)，壓電晶體(PZ)，聲表面波(SAW)器件等。1996年，Turner等人研制的一種以DNA為敏感源的傳感器，利用液晶分散技術(shù)，將DNA聚陽離子配合物固定在換能器上，所有能影響DNA分子間交聯(lián)度的化學(xué)和物理因素均能被靈敏地捕獲，并反映為一個(gè)強(qiáng)的、具有“指紋”結(jié)構(gòu)的圓二色譜吸收峰。2l世紀(jì)發(fā)展的生物傳感器為第三代產(chǎn)品，隨著微加工技術(shù)和納米技術(shù)的進(jìn)步，生物傳感器不斷地向微型化、集成化方向發(fā)展，便攜式測試儀已得到快速發(fā)展。當(dāng)今，納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用，使其研究進(jìn)入嶄新階段。我國生物傳感器研究始于20世紀(jì)80年代初，20世紀(jì)90年代是我國生物傳感器應(yīng)用取得較大發(fā)展的l0年，山東省科學(xué)院生物研究所是國內(nèi)首家在該方面研究開發(fā)取得成功的單位，從1983年到1998年已研制成功了l0多項(xiàng)產(chǎn)品，有的成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。以SBA_40型和50型生物傳感分析儀為代表，儀器集成了許多智能化操作程序，其主程序可方便地滿足多種自動(dòng)測定要求。具有多酶協(xié)同作用的復(fù)合酶膜生物傳感器，通過自動(dòng)測定程序?qū)崿F(xiàn)了糖化酶活性的快速自動(dòng)測量，應(yīng)用雙電極一差分的方法實(shí)現(xiàn)了難以分析的生化樣品測定，包括尿素、谷氨酰胺、淀粉、蔗糖、乳糖、麥芽糖等第三章 電化學(xué)生物傳感器的應(yīng)用31 酶電極傳感器 以葡萄糖氧化酶(GOD)電極為例簡述其工作原理。在GOD的催化下,葡萄糖(C6H12O6)被氧氧化生成葡萄糖酸(C6H12O7)和過氧化氫:C6H12O6+ O2+ 2H2OGODC6H12O7+ 2H2O2根據(jù)上述反應(yīng),顯然可通過氧電極(測氧的消耗)、過氧化氫電極(測H2O2的產(chǎn)生)和pH電極(測酸度變化)來間接測定葡萄糖的含量。因此只要將GOD固定在上述電極表面即可構(gòu)成測葡萄糖的GOD傳感器。這便是所謂的第一代酶電極傳感器。這種傳感器由于是間接測定法,故干擾因素較多。第二代酶電極傳感器是采用氧化還原電子媒介體在酶的氧化還原活性中心與電極之間傳遞電子。第二代酶電極傳感器可不受測定體系的限制,測量濃度線性范圍較寬,干擾少。現(xiàn)在不少研究者又在努力發(fā)展第三代酶電極傳感器,即酶的氧化還原活性中心直接和電極表面交換電子的酶電極傳感器。目前已有的商品酶電極傳感器包括: GOD電極傳感器、L乳酸單氧化酶電極傳感器、尿酸酶電極傳感器等。在研究中的酶電極傳感器則非常多。 基于電子媒介體的葡萄糖傳感器,具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、穩(wěn)定性好、壽命長、抗干擾性能好等優(yōu)點(diǎn),尤為受到重視。二茂鐵由于有不溶于水、氧化還原可逆性好、電子傳遞速率高等優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛的研究和應(yīng)用。目前研究的重點(diǎn)是防止二茂鐵等電子媒介體的流失,從而提高生物
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