【文章內(nèi)容簡介】 酶的固定是相當重要的一個環(huán)節(jié)。合適的固定化方法應當滿足： （ 1）酶固定化后活性應盡可能少受影響，（ 2）固定化方法對被測對象的傳質(zhì)阻力小（ 3）酶固定化牢固，不易洗脫。 酶固定化方法有多種，大致可分為以下四類： 吸附法：將酶通過靜電引力、范德華力、氫鍵等作用力固定在電極表面，過程簡單，但穩(wěn)定性差； 包埋法：在溫和的條件下形成聚合物的同時，將酶包埋在高聚物的微小格子中，或用物理方法將其包埋在凝膠中的方法； 共價鍵合法：是酶蛋白分子上的官能團和固相支持物表面上的反應 酶的固定方法 4. 酶傳感器的分類 生物傳感器按換能方式可分為電化學生物傳感器和光化學生物傳感器 2種。下面來集中介紹一下電化學酶傳感器和光化學酶傳感器。 38 5. 電化學酶傳感器 基于電子媒介體的葡萄糖傳感器，具有響應速度快、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。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用。目前研究的重點是防止二茂鐵等電子媒介體的流失，從而提高生物傳感器的穩(wěn)定性和壽命。 6. 光化學酶傳感器 7. 酶傳感器中應用的新技術(shù) (1)納米技術(shù) 固定化酶時引入納米顆粒能夠增加酶的催化活性 ,提高電極的響應電流值。孟憲偉等首次研究了二氧化硅和金或鉑組成的復合納米顆粒對葡萄糖生物傳感器電流響應的影響 ,其效果明顯優(yōu)于這 3種納米顆粒單獨使用時對葡萄糖生物傳感器的增強作用 ,復合納米顆粒可以顯著增強傳感器的電流響應。 (2)基因重組技術(shù) 周亞鳳等將黑曲霉 GOD基因重組進大腸桿菌、酵母穿梭質(zhì)粒 ,轉(zhuǎn)化甲基營養(yǎng)酵母 ,構(gòu)建出 GOD的高產(chǎn)酵母工程菌株。重組酵母 GOD比活力達 u/mg蛋白 ,是商品黑曲霉 GOD的 ,催化效率更高。重組酵母GOD的高活力特性可有效提高葡萄糖傳感器的線性檢測范圍。 (3) 提高傳感器綜合性能的其他技術(shù) 提高固定化酶活力的根本方法是保持酶的空間構(gòu)象不發(fā)生改變。 微生物傳感器 微生物有三大特征：體積小，繁殖快，分布廣。 2. 微生物傳感器的類型 微生物傳感器是以活的微生物作為敏感材料，利用其體內(nèi)的各種酶系及代謝系統(tǒng)來測定和識別相應底物。它是由固定化微生物膜和電化學裝置組成的。 微生物傳感器的種類很多，可以從不同的角度分類。根據(jù)微生物與底物作用原理的不同，微生物傳感器可分為測定呼吸活性型微生物傳感器和測定代謝物質(zhì)型微生物傳感器根據(jù)測量信號的不同，微生物傳感器可分為電流型微生物傳感器和電位型微生物傳感器：換能器輸出的是電位信號，電位值的大小與被測物的活度有關(guān)，二者呈能斯特響應?；谏鲜龇诸惙椒?，常見的微生物傳感器有電化學微生物傳感器、燃料電池型微生物傳感器、壓電高頻阻抗型微生物傳感器、熱敏電阻型微生物傳感器、光微生物傳感器等。 微生物傳感器及其特性 傳感器檢測對象 微生物 固定法 電化學器件 穩(wěn)定性 （ d） 響應時間 （ min） 測量范圍 （ mg/L） 葡萄糖 ens 包埋法 O2電極 14以上 10 5～ 20 脂化糖 mentem 吸附法 O2電極 20 10 20～ 200 甲醇 未鑒定菌 吸附法 O2電極 30 10 5～ 20 乙醇 e 吸附法 O2電極 30 10 5～ 30 醋酸 e 吸附法 O2電極 20 10 10～ 100 蟻酸 m 包埋法 燃料電池 30 30 1～ 300 谷酰胺酸 吸附法 CO2電極 20 5 10～ 800 已胺酸 吸附法 CO2電極 14以上 5 10～ 100 谷胺酸 吸附法 O2電極 14以上 5 20～ 1000 3. 電化學微生物傳感器 4. 壓電高頻阻抗型微生物傳感器 壓電高頻阻抗型微生物傳感器是基于高頻壓電晶體頻率對溶液介質(zhì)性質(zhì)變化具有靈敏的響應特性制成的。微生物在生長過程中與外界溶液進行物質(zhì)能量的交換，改變培養(yǎng)液的化學成分，使得培養(yǎng)液的阻抗發(fā)生變化，導致培養(yǎng)液的電導率和介電常數(shù)改變。 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。而燃料電池型微生物傳感器能直接給出電信號。 微生物在呼吸代謝過程中可產(chǎn)生電子，直接在陽極上放電，產(chǎn)生電信號。但是微生物在電極上放電的能力很弱，往往需要加入電子傳遞的媒介物 —— 介體，起到增大電流的作用。 微生物可作為燃料電池中的生物催化劑．它在對有機物發(fā)生同化作用的同時，呼吸代謝作用增強并產(chǎn)生電子，通過介體放大電流作為介體的氧化 還原電對試劑可以把微生物的呼吸過程直接有效地同電極聯(lián)系起來。 微生物燃料電池信號產(chǎn)生機理圖 44 電化學氧化過程產(chǎn)生的流動電子，用電流或其他方法進行測量，在適當條件下此信號即成為檢測底物的依據(jù)?；谶@一原理，已研制出多種燃料電池型微生物傳感器。燃料電池型微生物傳感器是生物傳感器新技術(shù)，這種新技術(shù)響應時間較短，其敏感機理是信號的傳遞，即電與微生物分解代謝的早期步驟相聯(lián)系，這就避免在間接法中對分析物響應過程微生物要達到傳代穩(wěn)定狀態(tài)的需要。 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。 酶 微生物混合性傳感器：為了使敏感膜的性能更加完善，可以使用由酶和微生物混合構(gòu)成的敏感材料。 利用細胞表層物質(zhì)的傳感器：此類傳感器是根據(jù)細胞表層上的糖原、膜結(jié)合蛋白等物質(zhì)對抗體、離子、糖等的選擇性識別作用，將其與細胞的電極反應相結(jié)合，研制出新型的傳感器，諸如變異反應傳感器、識別革蘭陰性菌和革蘭陽性菌的傳感器等。 在環(huán)境監(jiān)測生物傳感器中，一般將整個微生物細胞如細菌、酵母、真菌用做識別元件。這些微生物通常從活性泥狀沉積物、河水、瓦礫和土壤中分離出術(shù)。利用微生物的新陳代謝機能發(fā)展的微生物傳感器可進行污染物的檢定和分析。 （ 1） BOD微生物傳感器：該傳感器有氧電極和微生物固定膜組成。當加入有機物時，固定化的微生物分解有機物，致使微生物呼吸作用增加，從而導致溶解氧減少，因而使氧電極電流響應下降，直到被測溶液向固化微生物膜擴散的氧量與微生物呼吸消耗的氧量之間達到平衡，使得到相應的穩(wěn)定電流值 （ 2）藻類污染的監(jiān)測：一種名叫查頓埃勒的浮游生物是引起赤潮的重要物種，國外已研究出監(jiān)測這種浮游生物的生物傳感器。原理為檢測這種生物或共代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的化學發(fā)光。 （ 3）硫化物微生物傳感器：常用于硫化物的測定方法為分光光度法和碘量法，前者顯色條件不易控制、操作煩瑣；后者試劑消耗量大、成本高。微牛物傳感用法是一種設(shè)備簡單、操作簡便、成本低的新方法。 47 免疫傳感器 免疫傳感器是將免疫測定技術(shù)與傳感技術(shù)相結(jié)合的一類新型生物傳感器。免疫傳感器依賴于抗原和抗體之間特異性和親和性，利用抗體檢測抗原或利用抗原檢出抗體。 抗體之間的特異性結(jié)合 2. 免疫傳感器的結(jié)構(gòu) 免疫傳感器在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)生物傳感器一樣，可分為生物敏感元件、換能器和信號數(shù)據(jù)處理器三部分。生物敏感元件是固定抗原或抗體的分子層；換能器是將識別分子膜上進行的生化反應轉(zhuǎn)變成光、電信號；信號數(shù)據(jù)處理器則將電信號放大、處理、顯示或記錄下來。當待測物與分子識別元件特異性結(jié)合后，所產(chǎn)生的復合物通過信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暂敵龅碾娦盘枴⒐庑盘?、從而達到分析檢測的目的。 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。 圖中 3兩室間有固定化抗原膜，而 3兩室之間沒有固定化抗原在 2兩室內(nèi)注入 %的生理鹽水，當在 3室內(nèi)倒入食鹽水時， 2室內(nèi)電極間無電位差。若 3室內(nèi)注入含有抗體的鹽水時，由于抗體