【正文】 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 。 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 。 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 。 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 。 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 。 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 。 ① 好氣性微生物生長需要氧氣 。 主要的缺點是特效性 、 響應(yīng)時間和重現(xiàn)性比酶電極差 。 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 。 而許多酶很昂貴 。 微生物傳感器 微生物傳感器的原理如圖所示 。 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 。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 。 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)與電化學過程偶聯(lián)起來 。 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 。 而且有些微生物的酶體系的功能是單種酶所沒有的 。 微生物傳感器的分子識別是由固定化的微生物構(gòu)成的 。一些酶傳感器的主要特性列于表 。 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 。 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 其工作原理為 葡萄糖 +O2+H2O 葡糖酶 GOD 葡萄糖酸 + H2O2 當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 。 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。 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 。 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 。 它固定在聚乙烯酰胺凝膠上 。 酶傳感器的分類如表 。O2與 H2O2都是電化學活性物質(zhì)與酶一起參加反應(yīng) ，一般采用 O2電極 、 燃料電池電極 H2O2電極等 。 酶傳感器 (1)電流型酶傳感器 電流型酶傳感器是根據(jù)與催化反應(yīng)有關(guān)物質(zhì)的電極反應(yīng)所得到的電流來確定反應(yīng)物質(zhì)的濃度 。 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 生物電子學傳感器 仿生傳感器 生物傳感器的應(yīng)用 生物芯片技術(shù) √ 酶傳感器 酶是由蛋白質(zhì)組成的生物催化劑 ， 能對特定的待測物質(zhì)進行選擇性催化 ， 故利用酶的特性可制造出高靈敏度 、 高選擇性的傳感器 。 生物傳感器所用 基礎(chǔ)電極如表所示 。 生物傳感器的 原理 如圖所示 。 和普通化學分析方法相比 ， 生物傳感器具有如下特點 ① 選擇性好 ， 只對特定的被測物質(zhì)起反應(yīng) ， 而且不受顏色 、 濁度的影響； 生物傳感器的特點、原理及分類 ② 操作簡單 ， 需樣品量少 ， 能直接完成測定； ③ 經(jīng)固定化處理 ， 可保持較長期生物活性 ， 傳感器可反復(fù)使用； ④ 分析檢測速度快； ⑤ 準確度高 ， 一般相對誤差小于 1%； ⑥ 主要缺點是使用壽命較短 。 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 生物電子學傳感器 仿生傳感器 生物傳感器的應(yīng)用 生物芯片技術(shù) 生物傳感器的特點、原理及分類 生物傳感器是利用酶 、 抗體 、 微生物等作為元件敏感材料 ， 故采用不同的生物物質(zhì) ， 可有選擇地對特定物質(zhì)響應(yīng) 。 由兩部分組成： 固定化的生物大分子作識別元件 (或稱為 感受器 )； 適當?shù)男盘栟D(zhuǎn)換器 ， 稱 基礎(chǔ)電極 或 內(nèi)敏感器 (如電流或電位測量電極 、 氧電極 、 場效應(yīng)管 、 光纖等 )， 是一個電化學或光學檢測元件 。 例如用多功能的ISFET可同時測出兔子頭蓋骨內(nèi) pH和 pNa在停止呼吸四分鐘時有瞬時增加的現(xiàn)象 ， 如圖所示 。 目前做成的微型結(jié)構(gòu) ， 端部寬僅 30mm， 可插入細胞中直接測量像神經(jīng)細胞等隨著興奮狀態(tài)變化的離子濃度變化情況 ， 能鑒別正常細胞與癌細胞 。 敏感膜在針端部 ，用 SiO2和 Si3N4絕緣 ， 以防止離子浸入 ， 最外面覆蓋離子敏感層 (譬如測 Na＋ 用硅酸鋁 )。 離子敏傳感器的應(yīng)用 離子敏場效應(yīng)晶體管 (ISFET)在生物醫(yī)學上取得了廣泛的應(yīng)用 ， 這是由于它具有體積小 、 反應(yīng)快 、 使用方便等特點 ， 能迅速測定人體中血液 、 尿 、 汗 、 淋巴 、 唾液 、 腦髓液 、 骨髓 、 胃液中的成分 ， 為臨床診斷提供可靠依據(jù) 。 需要自動調(diào)節(jié)時 ， 分析結(jié)果信號可送至調(diào)節(jié)器去控制調(diào)節(jié)閥 。 最后 SV3開啟放掉溶液 ， SV1又重新開啟 ， 重復(fù)上述滴定過程 。 由SV2的啟 、 停時間和 FT2給出的流速可知滴定試劑的加入量 Vs。 之后 SV2開啟 ， 加入滴定試劑 ， 通過 ISE指示滴定終點 。 IR是由ISE和參比電極構(gòu)成的復(fù)合電極 ， TE為溫度計 ， APT為自動電位滴定儀 ， 內(nèi)設(shè)時間控制程序 ， FT為流量變送器 ， SV為取樣閥 。 再比如測水泥生 、 熟料中二氧化硅的含量等 。 由于土壤提取液本身比較渾濁 ，故妨礙了滴定分析 。 離子敏傳感器的應(yīng)用 例如 ， 土壤中氯含量的測定 。 使用氣敏電極還可直接測