【正文】 在微生物等抗原物質(zhì)刺激后才形成，并能與該抗原產(chǎn)生特異性反應(yīng)。 20 免疫指機體對病原生物感染的抵抗能力。 （ 2）按照微生物對營養(yǎng)的要求，微生物反應(yīng)可以分為自養(yǎng)性和異養(yǎng)性。 （ 3）微生物細胞受環(huán)境變化的影響易引起自身生理狀態(tài)的復(fù)雜化，從而導(dǎo)致不期望的反應(yīng)。 18 3. 傳感器以微生物為敏感元件的不足之處 微生物傳感器作為生物傳感器的重要組成部分，作為分子識別元件即敏感元件的生物傳感器亦存在著自身的不足之處： （ 1）由于反應(yīng)過程中往往存在著微生物的生長和死亡，故分析反應(yīng)的標準不易建立。 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。 6. 激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響 能使酶活性提高的物質(zhì)，都稱為激活劑，其中大部分是離子或簡單的有機化合物。使酶變性失活（稱為酶的鈍化）的因素如強酸、強堿等，不屬于抑制劑。但酶是蛋白質(zhì)，可隨溫度的升高而變性。 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。此時，無論底物濃度增加多大，反應(yīng)速度也不再增加，說明酶被底物所飽和。隨底物濃度升高，反應(yīng)速不呈正比例加快，反應(yīng)速度增加的幅度不斷下降。 酶濃度對反應(yīng)初速度的影響 2. 底物濃度對反應(yīng)速度的影響 在酶的濃度不變的情況下，底物濃度對反應(yīng)速度影響的作用呈現(xiàn)矩形雙曲線。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。一種酶只作用于一類化合物或一定的化學(xué)鍵，以促進一定的化學(xué)變化，并生成一定的產(chǎn)物，這種現(xiàn)象稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍?。但必須注意，酶促反?yīng)動力學(xué)中所指明的速度是反應(yīng)的初速度，因為此時反應(yīng)速度與酶的濃度呈正比關(guān)系，這樣避免了反應(yīng)產(chǎn)物以及其他因素的影響。 生物傳感技術(shù)的分子識別原理與技術(shù) 酶促反應(yīng)動力學(xué)（ kiics of enzymecatalyzed reactions）是研究酶促反應(yīng)速度及其影響因素的科學(xué)。 （ 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。近年來，隨著生物科學(xué)、信息科學(xué)和材料科學(xué)發(fā)展的推動，生物傳感器技術(shù)飛速發(fā)展。 生物傳感技術(shù)的發(fā)展歷史 1967年美國的 器葡萄糖傳感器。傳感器的信號轉(zhuǎn)換能力取決于所采用的轉(zhuǎn)換器。 5 為了提高生物傳感器的靈敏度，可利用化學(xué)放大功能。 ? 它以生物分子去識別被測目標，然后將生物分子所發(fā)生的 ? 物理或化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，予以放大輸出，從 ? 而得到檢測結(jié)果。 （ 7）有的生物傳感器能夠可靠地指示微生物培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)的供氧狀況和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。 （ 5）操作系統(tǒng)比較簡單 ，容易實現(xiàn)自動分析。 （ 3）分析速度快，可以在一分鐘得到結(jié)果。 生物傳感器的特點： （ 1）采用固定化生物活性物質(zhì)作催化劑，價值昂貴的試劑可以重復(fù)多次使用，克服了過去酶法分析試劑費用高和化學(xué)分析繁瑣復(fù)雜的缺點。1 第 9 章 生物傳感技術(shù) ? 概述 ? 生物傳感技術(shù)的分子 識別原理與技術(shù) ? 生物傳感儀器技術(shù)及其應(yīng)用 概述 生物傳感技術(shù)是一門由生物、化學(xué)、物理、醫(yī)學(xué)、電子技術(shù)等多種學(xué)科互相滲透成長起來的高新技術(shù)，在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、食品、醫(yī)藥及軍事醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用價值。 生物傳感器有以下共同的結(jié)構(gòu)：包括一種或數(shù)種相關(guān)生物活性材料及能把生物活性表達的信號轉(zhuǎn)換為電信號的物理或化學(xué)換能器，二者組合在一起，用現(xiàn)代微電子和自動化儀表技術(shù)進行生物信號的再加工，構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。 （ 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。 （ 4）準確度高，一般相對誤差可以達到 1％。 （ 6）成本低，在連續(xù)使用時，每例測定僅需要幾分錢人民幣。 生物傳感器的工作原理 ? 以生物活性物質(zhì)為敏感材料做成的傳感器叫生物傳感器。 ? 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)。所謂化學(xué)放大功能，就是使一種物質(zhì)通過催化、循環(huán)或倍增的機理同一種試劑作用產(chǎn)生出相對大量的產(chǎn)物。 根據(jù)器件信號轉(zhuǎn)換的方式可分為： ⑴ 直接產(chǎn)生電信號； ⑵ 化學(xué)變化轉(zhuǎn)換為電信號； ⑶ 熱變化轉(zhuǎn)換為電信號； ⑷ 光變化轉(zhuǎn)換為電信號； ⑸ 界面光學(xué)參數(shù)變化轉(zhuǎn)換為電信號?，F(xiàn)已發(fā)展了第二代生物傳感器（微生物、免疫、酶免疫和細胞器傳感器），研制和開發(fā)第三代生物傳感器，將生物技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合起來的場效應(yīng)生物傳感器?？梢灶A(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。 （ 3）按照生物敏感物質(zhì)相互作用的類型分類，可分為親和型和代謝型兩種。這些因素主要包括酶的濃度、底物的濃度、 pH值、溫度、抑制劑和激活劑等。 酶反應(yīng) 9 酶促反應(yīng)具有一下幾個特點： 酶促反應(yīng)具有一般催化劑的性質(zhì)；加速化學(xué)反應(yīng)的進行，而其本身在反應(yīng)前后沒有質(zhì)和量的改變，不影響反應(yīng)的方向，不改變反應(yīng)的平衡常數(shù)；酶促反應(yīng)具有極高的催化效率；酶促反應(yīng)具有高度的專一性。受酶催化的化合物稱為該酶的底物或作用物。 1. 酶濃度對反應(yīng)速度的影響 在一定的溫度和 pH值條件下，當(dāng)?shù)孜餄舛却蟠蟪^酶的濃度時，酶的濃度與反應(yīng)速度呈正比關(guān)系。在底物濃度很低時，反應(yīng)速度隨底物濃度的增加而急聚加快，兩者呈正比關(guān)系，即一級反應(yīng)。如果繼續(xù)加大底物濃度，反應(yīng)速度不再增加，表現(xiàn)為 0級反應(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。 溫度對唾液淀粉酶 活性影響 酶 胃蛋白酶 胰蛋白酶 過氧化氫酶 精 氨 酸 酶 延 胡索酸酶 核糖核酸酶 最適pH值 7.6 14 化學(xué)反應(yīng)的速度隨溫度增高而加快。左圖所示為溫度對唾液淀粉酶活性影響 5. 抑制劑對反應(yīng)速度的影響 凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白變性的物質(zhì)稱作酶的抑制劑。通常抑制作用分為可逆性抑制和不可逆性抑制兩類。 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)。 2. 微生物反應(yīng)的特殊性 （ 1）酶反應(yīng)需要溫和的環(huán)境，微生物細胞的膜系統(tǒng)為酶的反應(yīng)提供了天然的 “ 理想環(huán)境 ” ，細胞可以在較長的時間保持一定的催化活性； （ 2）同一個微生物細胞自身包含數(shù)以千計種的酶，顯然比單一的酶更適合多底物反應(yīng)； （ 3）酶反應(yīng)需要的輔助因子和能量可以由微生物細胞提供； （ 4）酶的提純等成本高，有些酶至今未能完全的提純，相比之下，微生物細胞來源方便，價格低廉。 （ 2）微生物細胞本身是一個龐大的酶系統(tǒng)，包括自身代謝在內(nèi)的許多反應(yīng)并存，難以去除不必要的反應(yīng)。 4. 微生物反應(yīng)的分類方式 微生物反應(yīng)主要有下面三種分類方式 （ 1）按照生物代謝流向，微生物反應(yīng)可以分為同化作用和異化作用。 （ 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)。可區(qū)別為自然免疫和獲得性免疫。上述各種免疫過程中，抗原與抗體的反應(yīng)是最基本的反應(yīng)。抗原有兩種性能：刺激機體產(chǎn)生免疫應(yīng)答反應(yīng)和與相應(yīng)免疫反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生異性結(jié)合反應(yīng)。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。合成抗原