【正文】 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，尤為受到重視?；w電極的作用是使化學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而加以檢測，基體電極可采用碳質(zhì)電極、 Pt電極及相應(yīng)的修飾電極。 7. 雙極膜（ BPM）技術(shù) 雙極膜是由陰離子交換膜和陽離子交換膜疊壓在一起形成的新型分離膜。 (2) 超濾（ UF）膜技術(shù) 超過濾是以壓差為驅(qū)動力，利用超濾膜的高精度截留性能進行固液分離或使不同相對分子質(zhì)量物質(zhì)分級的膜分離技術(shù)。膜在生產(chǎn)和研究中的使用技術(shù)被稱之為膜技術(shù)，它包括膜分離技術(shù)和非分離膜技術(shù)。由于這種 引力僅在近距離上發(fā)生作用，抗原與抗體分子結(jié)合時對 位應(yīng)十分準確。 免疫傳感器的種類 （ 4） 抗原決定簇 抗原決定簇是抗原分子表面的特殊化學(xué)基團，抗原的特異性取決于抗原決定簇的性質(zhì)、數(shù)目和空間排列。具有免疫原性的抗原完全抗原，那些只有反應(yīng)原性，不刺激免疫應(yīng)答反應(yīng)的稱為半抗原。 （ 3）按照微生物反應(yīng)對氧的需求與否，微生物反應(yīng)可以分為好氧反應(yīng)和厭氧反應(yīng)。 16 微生物反應(yīng) 利用微生物進行生物化學(xué)反應(yīng)的過程稱為微生物反應(yīng)過程，即將微生物作為生物催化劑進行的反應(yīng)為微生物反應(yīng)。 12 3. pH值對反應(yīng)速度的影響 酶反應(yīng)介質(zhì)的 pH值可影響酶分子的解離程度和催化基團中質(zhì)子供體或質(zhì)子受體所需的離子化狀態(tài)，也可影響底物和輔酶的解離程度，從而影響酶與底物的結(jié)合。受酶催化的化合物稱為該酶的底物或作用物。可以預(yù)見，未來的生物傳感器將具有以下特點： （ 1）功能多樣化 （ 2）微型化 （ 3）智能化與集成化 （ 4）低成本、高靈敏度、高穩(wěn)定性和高壽命 生物傳感器的分類 生物傳感器主要有下面三種分類命名方式： （ 1）根據(jù)生物傳感器中分子識別元件即敏感元件的不同，生物傳感器可分為酶傳感器（固定化酶）、微生物傳感器（固定化微生物）、免疫傳感器（固定化抗體）、基因傳感器（固定化單鏈核酸）、細胞傳感器（固定化細胞器）和組織傳感器（固定化生物體組織）等。 ? 生物傳感器的選擇性與分子識別元件有關(guān)，取決于與載體 ? 相結(jié)合的生物活性物質(zhì)。 （ 2）專一性強，只對特定的底物起反應(yīng)，而且不受顏色、濁度的影響。 （ 3）分析速度快，可以在一分鐘得到結(jié)果。 5 為了提高生物傳感器的靈敏度，可利用化學(xué)放大功能。 （ 2）按照傳感器器件檢測的原理分類，可分為：熱敏生物傳感器、場效應(yīng)管生物傳感器、壓電生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、聲波道生物傳感器、酶電極生物傳感器、介體生物傳感器等。酶對底物的專一性通常分為絕對特異性、相對特異性和立體異構(gòu)特異性。 下表 一些酶的最適 pH值 溶液的 pH值高于和低于最適 pH值時都會使酶的活性降低，遠離最適 pH值時甚至導(dǎo)致酶的變性失活。 1. 微生物反應(yīng)和酶反應(yīng)的共同特點 （ 1）兩者都是生物化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)所需要的環(huán)境相似； （ 2）微生物細胞中包含各種酶，催化所有酶可以催化的反應(yīng)； （ 3）兩者催化的速度近似。 20 免疫指機體對病原生物感染的抵抗能力。 （ 2） 抗原的分類 通常，根據(jù)來源的不同，抗原又可以分為如下幾種： ① 天然抗原 ② 人工抗原 ③ 合成抗原。不同種系的動物血清白蛋白因其末端氨基酸排列的不同，而表現(xiàn)出各自的種屬性特異。一是結(jié)合部位的形狀要互補于抗原的形 狀；二是抗體活性小心帶有與抗原決定簇相反的電荷。 膜分離是利用膜的特殊性能和各種分離裝置單元使溶液和懸浮液中的某些組分較其它組分更快地透過，從而達到分離、濃縮的目的。 3. 納濾（ NF）膜技術(shù) 納濾膜是在反滲透膜的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因具有納米級的孔徑故名納濾。陰陽膜的復(fù)合可以將不同電荷密度、厚度和性能的膜材料在不同的復(fù)合條件下制成不同性能和用途的雙極膜，如水解離膜，一、二價離子分離膜，防結(jié)垢膜，抗污染膜，低壓反滲透脫硬膜。 2. 酶傳感器的工作原理 當酶電極浸入被測溶液，待測底物進入酶層的內(nèi)部并參與反應(yīng)，大部分酶反應(yīng)都會產(chǎn)生或消耗一種可被電極測定的物質(zhì)，當反應(yīng)達到穩(wěn)態(tài)時，電活性物質(zhì)的濃度可以通過電位或電流模式進行測定。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，得到了廣泛的研究和應(yīng)用。 微生物傳感器 微生物有三大特征：體積小，繁殖快，分布廣。 5. 燃料電池型微生物傳感器 微生物傳感器在發(fā)展初期，其應(yīng)用一直被限定于間接的方式，即微生物作為生物催化劑起到一個敏感 “ 元件 ” 的作用，再與信號轉(zhuǎn)換器相結(jié)合．成為完整的微生物傳感器。 6. 其他類型的微生物傳感器 光微生物傳感器：其原理是利用具有光合作用的微生物早光照作用下將待測物轉(zhuǎn)變成電極敏感物質(zhì)或者微生物本身釋放氧的性質(zhì)，將微生物固化后結(jié)合氧電極，氫電極實現(xiàn)對某種物質(zhì)的測定。原理為檢測這種生物或共代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光。 免疫傳感器結(jié)構(gòu)圖 49 3. 免疫傳感器的特點 與傳統(tǒng)儀器相比，免疫傳感器具有如下的優(yōu)點： ①抗原 抗體特異性結(jié)合決定了免疫傳感器的高靈敏度，不受其他干擾，降低了檢出下限； ②檢測時間短，通常只需要幾分鐘或幾十分鐘； ③免疫傳感器成本低，易于被檢測部門和企業(yè)接受 ④免疫傳感器輕巧方便，可隨身攜帶； ⑤操作簡便，不需專業(yè)培訓(xùn)。化學(xué)放大就是指微量酶（ E）使少量基質(zhì)（ S）生成多量生成物（ P）。 ②壓電晶體免疫傳感器 壓電石英晶體免疫傳感器是利用石英晶體對質(zhì)量變化的敏感性，結(jié)合生物識別系統(tǒng)（抗原抗體特異性結(jié)合）而形成的一種自動化分析檢測系統(tǒng)，具有靈敏度高、特異性好、響應(yīng)快、小型簡便等特點。 表面等離子體 共振型免疫傳感器 工作原理 ：免疫反應(yīng)可分為特異性反應(yīng)和非特異性反應(yīng)兩個階段。 58 c．導(dǎo)電率測量式 導(dǎo)電率測量法可大量用于化學(xué)系統(tǒng)中，因為許多化學(xué)反應(yīng)都產(chǎn)生或消耗多種離子體，從而改變?nèi)芤旱目倢?dǎo)電率。 61 ? 2. 電化學(xué)基因傳感器 ? 電化學(xué)式基因傳感器是以電極為換能器，也就是將 ssDNA控針固定在金電極、碳糊電極或玻璃電極等表面上，然后浸入含有目標 ssDNA分子的溶液中，此時電極上的 ssDNA控針與溶液中的互補序列的目標 DNA單鏈分子雜交，原理如下圖。 壓電基因傳感器示意圖 4. 質(zhì)量式基因傳感器 質(zhì)量式基因傳感器是以石英晶體振蕩器（ QCM）為換能器，與電化學(xué)基因傳感器一樣，也是將單鏈的 DNA探針固定在電極表面上，且固定的方法也與前者相同，然后浸入含有被測目標 ssDNA分子的溶液中，當電極上的 ssDNA探針與溶液中的互補序列的目標 ssDNA分子雜交， QCM的振蕩頻率就會發(fā)生變化。圖 914所示為幾種微懸臂梁的常規(guī)形狀，圖（ a）所示為矩形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)加工方便，使用也最廣泛；圖（ b）所示為 T形結(jié)構(gòu)，它是為了增加反射面積；圖（ c）所示 U形結(jié)構(gòu)增加微懸臂梁形變，一般用于加速度計；圖（ d）所示三角形結(jié)構(gòu)微懸臂梁一般用于 AFM，它的頂端有一個三角錐；音叉形微懸臂梁結(jié)構(gòu)（圖（ e））主要用在角速度的檢測上 ； 圖（ f）所示橋式結(jié)構(gòu)一般用于壓力測量。 ② 聲波激勵是用一個小型揚聲器產(chǎn)生聲波，聲波通過空氣傳播到微懸臂梁后就會在微懸臂梁上造成壓力差，迫使微懸臂梁振動。微懸臂梁的使用使 AFM能夠檢測到針尖和樣品間納米級的作用力。 1. 生物芯片的種類 生物芯片可分為 DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片以及芯片實驗室三類。 7. 簡述抗原的理化性狀。 。 23. 結(jié)合幾種基因傳感器的工作特性，試分析其優(yōu)缺點及發(fā)展方向。 25. 簡述微懸臂梁的幾種結(jié)構(gòu)形式，以及不同結(jié)構(gòu)具有的不同用途。 17. 闡述免疫傳感器研究現(xiàn)狀。 9. 簡述抗原 抗體反應(yīng)的基本原理。 思考題 1. 舉例說明你所知道的生物傳感器。 6. 微懸臂梁生物傳感器 微懸臂梁生物傳感器是以微懸臂梁作為換能元件，在微懸臂梁的一面涂有生物敏感層，當被測物質(zhì)吸附到生物敏感層后，微懸臂梁的表面應(yīng)力或共振頻率發(fā)生變化。 ③ 磁致激勵是利用螺線管產(chǎn)生外部磁場，外部磁場直接激勵微懸臂梁振動。 微懸臂梁的兩種工作模式 68 (1) 彎曲模式 — 靜態(tài)模式 彎曲模式是指微懸臂梁在外界環(huán)境改變或力的作用下，其表面質(zhì)量或表面應(yīng)力發(fā)生變化，引起微懸臂梁的彎曲，通過檢測微懸臂梁彎曲量的大小，就可以得出引起其彎曲的物理量或化學(xué)量。該傳感器的靈敏度可達 pp