【正文】 26. 簡述微懸臂梁傳感器的多種應用。 22. 試簡述基因傳感器的原理。 18. 試列舉目前免疫傳感器存在的主要缺陷。 。 ，并分析各技術(shù)的適用場合。 6. 闡述微生物反應與酶反應的異同點。 2. 生物傳感器的特點有哪些，而其中哪幾個又是最突出的特點。 生物芯片技術(shù) 生物芯片技術(shù)的本質(zhì)是生物信號的平行分析，它利用核酸分子雜交、蛋白親和原理，通過熒光標記技術(shù)檢測雜交或親和與否，可迅速獲得所需信息。 通過檢測微懸臂梁的彎曲變形或共振頻移就可以測吸附到敏感層上的生物分子。掃描力顯微鏡（ AFM）和掃描探針顯微鏡（ SPM）是微懸臂梁結(jié)構(gòu)探測微小力最成功的應用，如圖所示。 ④ 壓電激勵是目前最常使用的激勵微懸臂梁振動的方法，將壓電疊堆固定在微懸臂梁固定端，當在壓電疊堆上下電極之間施加交流電壓時，壓電疊堆由于逆壓電效應，會產(chǎn)生相應的機械變形，從而帶動微懸臂梁振動。這樣就可以建立一個時間 /溫度的函數(shù)關(guān)系，如果調(diào)制激光束的密度，就會驅(qū)動微懸臂梁周期性地彎曲。 (2) 共振模式－動態(tài)模式 微懸臂梁的共振模式是通過檢測微懸臂梁共振頻率的變化得到引起其共振頻率變化的物理量或化學量。 微懸臂梁生物傳感器 66 微懸臂梁的結(jié)構(gòu)形式 微懸臂梁具有多種結(jié)構(gòu)形式，不同結(jié)構(gòu)一般具有不同的用途。 64 6. 光尋址基因傳感器 該傳感器是電解質(zhì)、絕緣層、半導體硅襯底三層結(jié)構(gòu)，當在電解質(zhì)溶液與半導體襯底之間放加直流偏置電壓，用調(diào)制光束照射時，外部光電流與偏壓及照射部位對應的光電流有關(guān)。壓電基因傳感器的檢測方式可以分為主動式和被動式兩種。換能器在壓電介質(zhì)中激發(fā)聲波，以聲波作為檢測的手段。目前研究和開發(fā)的 基因傳感器從信息轉(zhuǎn)換手段可區(qū)分為電極電化學式、壓 電式、石英晶體振蕩器（ QCM）質(zhì)量式、場效應管式、光 尋址式、表面等離子諧振（ SPR）光學式 DNA傳感器等。 （ 1）在微生物檢測中的應用 （ 2）在環(huán)境污染物、重金屬檢測中的應用 6. 免疫傳感器的發(fā)展趨勢 免疫傳感器的發(fā)展主要呈現(xiàn)以下幾個趨勢： ①標記物的種類層出不窮，從酶、熒光發(fā)展成膠乳顆粒、膠體金、磁性顆粒和金屬離子等； ②向微型化、商品化方向發(fā)展， 廉價的一次性傳感表面大有潛力可挖； ③酶免疫傳感器、壓電免疫傳感器和光學免疫傳感器發(fā)展最為迅速，尤其是光學免疫傳感器品種繁多， 目前已有幾種達到了商品化。此類系統(tǒng)有高度的敏感性，以及與濃度線性相關(guān)性等優(yōu)點（比電位測量式系統(tǒng)中的對數(shù)相關(guān)性更易換算），很適于免疫化學傳感。 壓電石英晶體免疫傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 56 ④電化學免疫傳感器 a．電位測量式 這種免疫測試法的原理是先通過聚氯乙烯膜把抗體固定在金屬電極上，然后用相應的抗原與之特異性結(jié)合，抗體膜中的離子遷移率隨之發(fā)生變化，從而使電極上的膜電位也相應發(fā)生改變。測試陷波角的值，沉淀膜的厚度和密度就可以推導出來。反射光束的強度可以測量出來，用來計算入射光束的入射角 θ 的大小。后者占了目前使用的光學免疫傳感器中絕大部分， 包括衰減式全內(nèi)反射、橢圓率測量法、表面等離子體共振（ SPR ）、單模雙電波導、光纖波導、干擾儀和光柵藕合器等多種形式。 傳感器名稱 被 測 物 質(zhì) 受 體 變換器件 免疫傳感器 白脘 抗白脘 A g A gC l電極 酶免疫傳感器 白脘 抗白脘（放氧酶標記） 2O電極 酶免疫傳感器 免疫球蛋白菁氨酸（ l g G ） 抗 I g G （放氧酶標記） 2O電極 免疫傳感器 絨毛膜促性腺激素 H c G 抗 H c G Ti 2O電極 酶免疫傳感器 絨毛膜促性腺激素 H c G 抗 H c G （放氧酶標記） 2O電極 酶免疫傳感器 甲胎蛋白（ AF P ） 抗 AF P （放氧酶標記） 2O電極 酶免疫傳感器 乙型肝炎表面抗原（H b s A g） 抗 H B s （ P o D ）標記 I 電極 免疫傳感器 S i ph y l i s 心類脂質(zhì) A g A gC l電極 免疫傳感器 血型 血型物質(zhì) A g A gC l電 極 免疫傳感器 各類抗 體 抗原 束縛脂體（ +T P A 標記） +T P A 電極 4. 免疫傳感器的分類 免疫傳感器主要有：酶免疫傳感器、電化學免疫傳感器（電位型、電流型、電導型、電容型）、光學免疫傳感器（標記型、非標記型）、壓電晶體免疫傳感器、表面等離子共振型免疫傳感器和免疫芯片等。它是利用酶為標識劑的化學放大。 免疫傳感器原理圖 免疫傳感器的基本原理是免疫反應，利用抗體能識別抗原并與抗原結(jié)合的功能而制成的生物傳感器稱為免疫傳感器。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?、光信號、從而達到分析檢測的目的。 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。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。 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。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。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。 微生物傳感器的種類很多，可以從不同的角度分類。 (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。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?？梢燥@著增強傳感器的電流響應。 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。 36 3. 酶的固定方法 酶的固定是相當重要的一個環(huán)節(jié)?；w電極的作用是使化學信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺瑥亩右詸z測，基體電極可采用碳質(zhì)電極、 Pt電極及相應的修飾電極。幾種常用的膜集 成技術(shù)見右表。 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。 5. 電滲析（ ED）膜技術(shù) 電滲析是一個電化學分離過程，是在直流電場作用下以電位差為驅(qū)動力，通過荷電膜將溶液中帶電離子與不帶電組分分離的過程。 (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)。 28 1. 膜分離的工作原理 一是根據(jù)混合物的質(zhì)量、體積和幾何形態(tài)的不同，用過篩的方法將其分離；二是根據(jù)混合物不同化學性質(zhì)。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)?？乖c抗體結(jié)合盡管是穩(wěn)固的，但也是可逆的。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 位應十分準確。 （ 2）抗體的結(jié)構(gòu) 免疫球蛋白都是由一至幾個單體組成，每個單體有兩條相同的分子量較大的重鏈和兩條相同分子量較小的輕鏈組成，鏈與鏈之間通過二硫鏈及非共價鍵鏈連接。 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。完全抗原的分子量較大，通常相對分子質(zhì)量在 1萬以上。具有免疫原性的抗原完全抗原，那些只有反應原性，不刺激免疫應答反應的稱為半抗原。上述各種免疫過程中，抗原與抗體