【文章內(nèi)容簡介】 料電池電極 H2O2電極等 。 酶傳感器 (2)電位型酶傳感器 電位型酶傳感器是通過電化學(xué)敏感器件測量敏感膜電位來確定催化反應(yīng)有關(guān)的各種離子濃度 ， 一般采用 NH3電極 ， CO H2電極等 。 酶傳感器的分類如表 。 酶傳感器 (1)葡萄糖酶傳感器的結(jié)構(gòu)與原理 葡萄糖酶傳感器的敏感膜為葡萄糖氧化酶 。 它固定在聚乙烯酰胺凝膠上 。 其中的電化學(xué)傳感器的陰極為 Pt， 陽極為 Pb， 中間為電解液 。 在 Pt電極表面上覆蓋一層透氧氣的聚四氟乙烯膜 ， 形成封閉式氧電極 。 在聚四氟乙烯膜外側(cè)再包上一層葡萄糖氧化酶即構(gòu)成葡萄糖酶傳感器 。 酶傳感器 1— 陰極； 2— 聚四氟乙烯膜；3— 固定酶膜； 4— 非對稱的透膜多孔層； 5— 半透膜致密層 典型的葡萄糖酶傳感器由三層組成 。 內(nèi)層用來固定酶 ， 同時是 O2或 H2O2的選擇膜 。 中層為酶膜 ，是酶反應(yīng)的場所 ， 在此膜內(nèi)葡萄糖與 O2反應(yīng)產(chǎn)生H2O2。 外層膜用來限制葡萄糖的傳質(zhì)過程 ， 以使葡萄糖在膜內(nèi)擴散過程為反應(yīng)的控制步驟 。 酶傳感器 其工作原理為 葡萄糖 +O2+H2O 葡糖酶 GOD 葡萄糖酸 + H2O2 當(dāng)傳感器放入葡萄糖溶液中時 ， 由于酶的作用而耗氧 ， 此時聚四氟乙烯膜附近的氧氣量減少 ， 相應(yīng)電極的還原電流減少 ， 通過電流值的變化可確定葡萄糖濃度的大小 。 當(dāng)然也可用金屬電極通過測量 H2O2測定葡萄糖濃度 。 上述氧電極的一個優(yōu)點是聚四氟乙烯膜起到了隔離作用 ， 避免了被測物質(zhì)與電極直接接觸 。 酶傳感器 (2)常見的酶傳感器及其主要特性 由于酶能選擇性地快速識別特定的底物 ， 并在較溫和的條件下對底物起催化作用 ， 所以酶是一種作為生物傳感器的首選生物活性物質(zhì) 。 自然界中已獲鑒定的酶有 2500多種 ，但大多數(shù)酶的制備與純化困難 ， 加之固定化技術(shù)對酶的活性影響很大 ， 這就極大的限制了酶傳感器的研究和應(yīng)用 。 目前已實用化的市售酶傳感器達 200種以上 。一些酶傳感器的主要特性列于表 。 生物傳感器 生物傳感器的特點 、 原理及分類 酶傳感器 微生物傳感器 免疫傳感器 組織傳感器 生物電子學(xué)傳感器 仿生傳感器 生物傳感器的應(yīng)用 生物芯片技術(shù) √ √ 微生物傳感器 微生物包括細菌 、 酵母 、 霉菌等 ， 它們在適宜的條件下分裂繁殖很快 ， 故活性微生物是生物電極的優(yōu)良酶源 。 微生物傳感器的分子識別是由固定化的微生物構(gòu)成的 。 提出這類傳感器的基本思路是 (1)微生物細胞內(nèi)含有能使從外部攝入的物質(zhì)進行代謝的酶體系 ， 因而可避免使用價格較高的分離酶 。 而且有些微生物的酶體系的功能是單種酶所沒有的 。 微生物傳感器 (2)微生物能繁殖生長或在營養(yǎng)液中再生 ， 因而有可能長時間保持生物催化劑的活性 ， 延長傳感器的使用期限 。 微生物傳感器 微生物本身就具有生命活動的細胞 ， 有各種生理機能 。 如呼吸機能 (O2的消耗 )和新陳代謝機能(物質(zhì)的合成與分解 )， 還有菌體內(nèi)的復(fù)合酶 、 能量再生系統(tǒng) 、 輔助酶再生系統(tǒng)等 。 因此設(shè)計微生物傳感器的重要問題是在不損壞微生物機能情況下 ， 如何把細胞內(nèi)的酶反應(yīng)與電化學(xué)過程偶聯(lián)起來 。 就偶聯(lián)方式而言 ， 微生物傳感器可分為兩類 微生物傳感器 (1)呼吸機能型 即微生物是好 (親 )氣型細菌 。它呼吸時會使有機物氧化 ， 消耗氧并生成 CO2， 因此可用 O2電極或 CO2氣敏電極進行檢測 。 (2)代謝機能型 即微生物代謝產(chǎn)物是電極活性物質(zhì) ， 可借助惰性金屬電極進行電信號檢測 。 如某些稱為氫菌的微生物可使葡萄糖 、 蔗糖 、 淀粉 、 各種氨基酸的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變產(chǎn)生氫 。 因此可通過氫的氧化電流測定將微生物作用轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。 微生物傳感器 微生物傳感器的原理如圖所示 。 微生物傳感器 微生物電極與普通酶電極比較有以下優(yōu)點 ① 結(jié)構(gòu)簡單 ， 成本低 。 而許多酶很昂貴 。 ② 菌體內(nèi)的酶存在于細胞內(nèi)的天然環(huán)境中 ， 壽命長 ， 不用時可將微生物存放在營養(yǎng)介質(zhì)中還可再生 ， 而很多純化的酶不穩(wěn)定 。 ③ 細胞中除酶外還包括代謝反應(yīng)中所需的輔助因子 ， 而某些用酶作的電極需加昂貴的輔助因子 。 微生物傳感器 ④ 若與被測物有關(guān)的酶還末分離出或復(fù)雜的反應(yīng)還不清楚時 ， 則用微生物細胞是唯一的方法 。 主要的缺點是特效性 、 響應(yīng)時間和重現(xiàn)性比酶電極差 。 微生物傳感器 微生物呼吸機能存在 好氣性 和 厭氣性 兩種 。 ① 好氣性微生物生長需要氧氣 。 可通過測量氧氣來控制呼吸機能并了解其生理狀態(tài) 。 ② 厭氣性微生物相反 ， 它不需要氧氣 ， 氧氣存在會妨礙微生物的生長 。 可通過測量 CO2及其他生成物來探知其生理狀態(tài) 。 微生物傳感器 可見呼吸機能型微生物傳感器是由微生物固定化膜和 O2電極 (或 CO2電極 )組成 ， 在應(yīng)用 O2電極時把微生物放在纖維性蛋白質(zhì)中固定化處理 ， 然后把固定化膜附著在封閉式 O2電極的透氧膜上 。 微生物傳感器 圖示為生物化學(xué)耗氧量(BOD)傳感器 。 將其放入含有機化合物的被測溶液中 ，有機物向微生物固定化膜擴散 ， 而被微生物攝取 (稱為資化 )， 由于微生物呼吸量在有機物資化前后不同 ， 這可通過 O2電極轉(zhuǎn)變?yōu)閿U散電流值從而間接測定有機物濃度 。 1— 電解質(zhì)； 2— O形環(huán)；3— Pb陰極； 4— 聚四氟乙烯； 5— 固化微生物膜；6— 尼龍網(wǎng)； 7— Pt陽極 微生物傳感器 圖示為響應(yīng)曲線 。 穩(wěn)定電流值表示傳感器放入待測溶解氧處于飽和狀態(tài)的緩沖溶液中的微生物呼吸水平 。 當(dāng)溶液中加入葡萄糖或谷氨酸等營養(yǎng)液后 ， 電流迅速下降 ， 并達到新的穩(wěn)定電流值 。 該穩(wěn)定值與未添加營養(yǎng)源時的電流值之間的差值和樣品中有機物的濃度成正比 。 微生物傳感器 代謝型微生物傳感器的基本原理是用微生物使有機物資化而產(chǎn)生各種代謝生成物 ， 在這些代謝生成物中 ， 含有被電極產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì) (即電極活性物質(zhì) )。 因此微生物固定化膜與離子電極 (或燃料電池型電極 )相結(jié)合就構(gòu)成了代謝型生物傳感器 。