酶生物传感器讲述讲解

酶生物传感器的应用进展

摘要：酶生物传感器是将酶作为生物敏感基元,通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应所产生的与目标物浓度成比例关系的可测信号,实现对目标物定量测定的分析仪器。与传统分析方法相比,酶生物传感器具有独特的优点:选择性高、反复多次使用、响应快、体积小、可实现在线监测、成本低，便于推广普及。本文主要论述生物酶传感器的特征、发展及酶传感器中应用的新技术。

关键词：酶生物传感器;进展;应用新技术

1概述

生物传感器(Biosensor)是一类特殊的化学传感器,通过各种物理、化学型信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应,然后将反应的程度用离散或连续的信号表达出来,从而得出被测物的浓度[1]。自1962年Clark[2]等人提出把酶与电极结合来测定酶底物的设想后，1967年Updike和Hicks[3]研制出世界上第一支葡萄糖氧化酶电极[2]，用于定量检测血清中葡萄糖含量.此后，酶生物传感器引起了各领域科学家的高度重视和广泛研究，得到了迅速发展.

酶生物传感器是将酶作为生物敏感基元，通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应所产生的与目标物浓度成

比例关系的可测信号，实现对目标物定量测定的分析仪器.与传统分析方法相比，酶生物传感辑是由固定化的生物敏感膜和与之密切结合的换能系统组成，它把固化酶和电化学传感器结合在一起，因而具有独特的优点：(1)它既有不溶性酶体系的优点，又具有电化学电极的高灵敏度;(2)由于酶的专属反应性，使其具有高的选择性，能够直接在复杂试样中进行测定.因此，酶生物传感器在生物传感器领域中占有非常重要的地位. 生物传感器具有多样性、无试剂分析、操作简便、灵敏、快速、价廉、可重复连续使用等特点,已在食品发酵工业、临床医学、环境监测、军事科学等领域展现出十分广阔的应用前景[4-9]。2酶生物传感器的基本结构

酶生物传感器的基本结构单元是由物质识别元件(固定化酶膜)和

信号转换器(基体电极)组成.当酶膜上发生酶促反应时，产生的电活性物质由基体电极对其响应.基体电极的作用是使化学信号转变为电信号，从而加以检测，基体电极可采用碳质电极(石噩电板、玻碳电极、碳棚电极)、R电极及相应的修饰电极.

3酶生物传感器的分类

生物传感器按换能方式可分为电化学生物传感器和光化学生物传

感器2种。

3.1电化学酶传感器

基于电子媒介体的葡萄糖传感器,具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、寿命长、抗干扰性能好等优点,尤为受到重视。二茂铁由于

有不溶于水、氧化还原可逆性好、电子传递速率高等优点,得到了广泛的研究和应用。

目前研究的重点是防止二茂铁等电子媒介体的流失,从而提高生物传感器的稳定性和寿命。提高传感器稳定性的主要方法是利用环糊精作为载体,形成主客体结构。如孙康等[10]以β-环糊精与戊二醛缩合而成的聚合物(β-CDP)为主体,电子媒介体二茂铁为客体,形成稳定的包络物,制成了葡萄糖、乳糖生物传感器。再如朱邦尚等[10]以电子媒介体1,1-二甲基二茂铁为客体与β-CDP形成稳定的主客体包络物。利用二茂铁也可以制成组织传感器。如马全红等[12]以二茂铁为电子媒介体,将含有丰富酪氨酸酶的蘑菇组织肉浆固定在二茂铁(PVC膜)修饰石墨电极上制成酶电极。其对L-酪氨酸的线性响应范围为2.0×10-4～4.5×10-3mol/L,响应时间小于5 min,电极寿命至少30 d,可用于实际样品分析。

提高传感器稳定性的另一种方法是在电极表面覆盖一层Nafion 膜。如贾能勤等[13]以基于丝网印刷技术制作的碳糊电极为基底电极,用二茂铁为电子媒介体,Nafion修饰厚膜碳糊电极制成了葡萄糖传感器。Nafion膜既可以防止二茂铁的流失,又可以防止抗坏血酸、尿酸的干扰,具有防污能力。该传感器的检测上限可达18 mmol/L,响应时间小于60s。

二茂铁及其衍生物对抗坏血酸具有催化作用,易受抗坏血酸的干扰。而N-甲基吩嗪则可以消除抗坏血酸等的干扰。李海虹等[14]通过交联方式将辣根过氧化物酶(HRP)固定在Eastman-AQ—N-甲基吩嗪修

饰电极上,制成过氧化氢生物传感器。将它与GOD和半乳糖苷酶结合,制成双酶和三酶体系的生物传感器,用于葡萄糖和乳糖的测定。王朝瑾[15]利用N-甲基吩嗪作为媒介体,通过牛血清白蛋白和戊二醛使其结合到玻碳电极上制成了HRP生物传感器。该酶电极对H2O2有良好的响应,对H2O2的线性范围为1×10-6～5×10-4mol/L,检出限为10-7mol/L,响应时间小于10 s。

锇配合物也是一种有效的电子媒介体。龚毅等[16]研究了锇-聚乙烯吲哚[Os(bpy)2(PVI)10Cl]Cl配位聚合物和Nafion双层膜修饰玻碳电极的电化学特性,该膜对肾上腺素的电化学氧化有催化作用,对肾上

腺素的线性范围为1.0×10-6～8.6×10-5mol/L,相关系数为0.9987。此外,常用的媒介体还有苯醌、对苯二酚和甲苯胺兰等。

3.2光化学酶传感器

宋正华等将具有分子识别功能的β-葡萄糖甙酶和能进行换能反应的Luminol分别固定在壳质胺和大孔阴离子交换剂的柱中,组成流动注射系统。苦杏仁甙在β-葡萄糖甙酶催化下分解生成的CN-(分子识别反应)与溶解氧反应生

成超氧阴离子自由基,继而同Luminol反应产生化学反应(换能反应)。这一新型生物传感器的化学发光强度与苦杏仁甙量在1～200μg之间呈良好线性关系,检出限为0.3μg,相对标准偏差为3.1%,并具有良好选择性。李瑛等首次以碳糊为固定化载体,将GOD固定在碳糊电极上,制成了光导纤维电化学发光葡萄糖生物传感器。葡萄糖的酶催化反应、鲁米诺的电化学氧化和化学发光反应可以在电极表面同时

发生。该传感器制作简单,响应时间仅为10 s,线性范围宽,葡萄糖浓度在1.0×10-5～2.0×10-2mol/L范围内与发光强度呈线性关系,检出限为6.4×10-6mol/L,可应用于市售饮料中葡萄糖的测定。

4酶生物传感器的工作原理

当酶电极漫入被测溶液，待测底物进入酶层的内部并参与反应，大部分酶反应都会产生或消耗一种可植电极测定的物质，当反应达到稳态时，电话性物质的浓度可以通过电位或电流模式进行测定.因此，酶生物传.器可分为电位型和电流型两类传感器.电位型传感辑是指

酶电极与参比电极间输出的电位信号，它与被测物质之间服从能斯特关系.而电流型传感器是以酶促反应所引起的物质量的变化转变成电流信号输出，输出电流大小直接与底物浓度有关.电流型传.器与电位型传感器相比较具有更简单、直观的效果.

5酶生物传感器的发展

5.1第一代酶生物传感器

第一代酶生物传感器是以氧为中继体的电催化。缺点是：

(1)响应信号与氧分压或溶解氧关系较大，溶解氧的变化可能引起电极响应的波动；

(2)由于氧的糟解度有限，当溶解氧贫乏时，难以对高含量底物进行测定；

(3)当由酶促反应产生的过氧化氢以足够高的浓度存在时，可能会使很多酶去活化；

(4)需采用较正的电位，抗坏血酸和尿酸等电活性物质也会披氧化，

产生干扰信号.

5.2第二代酶生物传感器

为了改进第一代酶生物传感器的缺点，现在普遍采用的是第二代酶生物传感器。第二代生物传感器采用了含有电子媒介体的化学修饰层.此化学修饰层不仅能促进电子传递过程，使得响应的线性范围拓宽，电极的工作电位降低，同时，噪声、背景电流及干扰信号均小，且由于排除了过氧化氢，使得酶生物传感器的工作寿命延长.电子媒介体在近十年以来得到迅速发展，使用的媒介体种类也越不越多。

5.3第三代酶生物传感器

第三代酶生物传感器是酶与电极间进行直接电子传递，是生物传感器构造中的理想手段.这种传感器与氧或其它电子受体无关，无需媒介体，即所谓无媒介体传感器，但由于酶分子的电话性中心深埋在分子的内部，且在电极表面吸附后易发生变形，使得酶与电极间难以进行直接电子转移，因此采用这种方法制作生物传感器有一定难度.

到目前为止，只发现过氧化物酶、葡萄糖氧化酶、醋氨酸酶、细胞色素C过氧化物酶、超氧化物歧化酶、黄嘿岭氧化酶、微过氧化物酶等少数物质能在合适的电板上进行直接电催化.

6酶传感器中应用的新技术

6.1纳米技术

固定化酶时引入纳米颗粒能够增加酶的催化活性,提高电极的响应电流值。首先,纳米颗粒增强GOD在载体表面上的固定作用;其次是定向作用,分子在定向之后,其功能会有所改善;第三,由于金、铂纳米颗

粒具有良好的导电性和宏观隧道效应,可以作为固定化酶之间、固定化酶与电极之间有效的电子媒介体,从而使得GOD的氧化还原中心与铂电极间通过金属颗粒进行电子转移成为可能,酶与电极间可以近似看作是一种导线来联系的。这样就有效地提高了传感器的电流响应灵敏度。孟宪伟等[17]首次研究了二氧化硅和金或铂组成的复合纳米颗粒对葡萄糖生物传感器电流响应的影响,其效果明显优于这3种纳米颗粒单独使用时对葡萄糖生物传感器的增强作用。其原因是纳米粒子具有吸附浓缩效应、吸附定向和量子尺寸颗粒效应,复合纳米颗粒比单独一种纳米颗粒更易于形成连续势场,降低电子在电极和固定化酶间的迁移阻力,提高电子迁移率,有效地加速了酶的再生过程,因此复合纳米颗粒可以显著增强传感器的电流响应

6.2基因重组技术

周亚凤等[18]将黑曲霉GOD基因重组进大肠杆菌、酵母穿梭质粒,转化甲基营养酵母,构建出GOD。GOD力达426.63 u/mg蛋白,是商品黑曲霉GOD的1.6倍,催化效率更高。重组酵母GOD的高活力特性可有效提高葡萄糖传感器的线性检测范围。

6.3溶胶-凝胶技术

溶胶-凝胶应用于生物传感器领域具有如下一些优点[19]:(1)基质在可见光区是透明的,适于光化学生物传感器的制作;(2)基质具有一定的刚性,提高了生物活性物质的热稳定性;(3)基质热稳定性好,并且呈化学惰性,对生物活性物质的失活作用很小,保持了活性;(4)通过溶胶-凝胶制备条件的优化,可控制基质的孔径大小和分布,使酶分子

有足够的自由活动空间而又不至于从基质中流失,从而提高传感器的使用寿命;(5)溶胶-凝胶材料还具有生物相容性,为微电极植入人体提供了新的可能性;(6)还可通过对先驱体的功能化赋予溶胶-凝胶新的性能;(7)溶胶-凝胶的制备条件十分温和,生物分子可以在不同的制备阶段加入,并且可以制成不同大小与形状的修饰电极等。溶胶-凝胶材料作为酶固定化载体,开辟了制备生物传感器的新领域。以溶胶-凝胶技术固定生物活性物质的生物传感器的基本构型有电极型生物传感器和导波传感器等。有关溶胶-凝胶法制作生物传感器的文章多见报道,但大多处于实验室阶段。

5.4提高传感器综合性能的其他技术

提高固定化酶活力的根本方法是保持酶的空间构象不发生改变。如唐芳琼等考察了磺基琥珀酸双2-乙基己基酯钠盐(AOT)反胶束包埋酶对GOD构象和化活性的影响。结果发现随GOD/AOT比值的减小,响应电流大大增加,这意味着大大增加了酶的催化活性和酶构象的稳定性。原因是表面活性剂可以保护酶的构象不

被破坏,进而保护酶的催化活性,使酶电极的电流响应具有稳定性和宽的响应范围。改变“手臂”分子长度是获得固定化酶高活力的主要方法。如周祖新通过更换烷基化试剂,即用三乙基氧嗡四氟化硼代替硫酸二甲酯,使固定化过氧化氢酶膜的性能有很大改善。原因是前者的“手臂”分子长,与其他欲连接的基团接触容易,最后使单位面积上固定化酶的数目增加,性能良好。制备多电子媒介体和联酶的生物传感器也是提高生物传感器综合性能的重要方法。如郭鼎力等[31]研制了

以四氰二甲苯醌等和四甲联苯胺等为介体的双介体多酶生物催化-氧化还原体系构成的电流型生物传感系统,具有灵敏度高、准确性好、取样少、测量迅速的夹心式生物传感器。该传感器对正常到高度异常的血糖含量,测量相对误差是 3.9%～7.5%,相关系数为0.9881;而对胆固醇的测量相对误差和相关系数分别为5.8%～7.6%和0.9549。

7结束语

酶生物传感器自产生以后得到了迅速发展[20],实现酶氧化还原活性中心与电极之间的直接电子传递是发展第三代酶生物传感器的研究重点之一,此问题的关键是要缩短电子隧道距离。就目前酶生物传感器的发展来看,由电化学法控制有机导电高分子材料制作酶生物传感器,是一种很有发展前途的酶生物传感器;通过纳米复合材料来增强酶生物传感器的响应信号和稳定性也是一种行之有效的方法。但这2种研究均处于初步阶段,还需要对它们进行大量的研究工作。如果能将这2种方法有效地结合起来,可能会推动第三代生物传感器的研究。例如:在导电单体成膜之前,探讨在合适条件下,向底液中加入改性的纳米二氧化硅粒子,通过电化学法有效地控制电极上导电复合材料膜的厚度,同时,利用纳米二氧化硅大的比表面积具有吸附生物酶的特性,实现响应速度快的第三代酶生物传感器的研制。

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生物传感器的研究现状及应用

生物传感器的研究现状及应用生物传感器？这个熟悉但又概念模糊的名词最近不断出现在媒体报道上，生物传感器相关的研究项目陆续获得巨额的研究资助，显示出越来越受重视的前景。要掌握生命科学研究的前研信息，争取好的研究课题和资金，你怎能不了解生物传感器？让我们来看看生物通最近的一些报道：英国纽卡斯尔大学科学家研发了可用于检测肿瘤蛋白以及耐药性MASA细菌的微型生物传感器。该系统利用一个回旋装置来检测，类似导航系统和气袋的原理。振荡晶片的大小类似于一颗尘埃尺寸，有望可使医生诊断和监测常见类型的肿瘤，获得最佳治疗方案。该装置可以鉴定肿瘤标志物－蛋白以及其它肿瘤细胞产生的丰度不同的生物分子。该小组下一步目标是把检测系统做成一个手持式系统，更加快速方便地检测组织样品。欧共体已经拨款1200万欧元资金给该小组，以使该技术进一步完善。苏格兰IntermediaryTechnologyInstitutes计划投资1亿2千万英镑发展“生物传感器平台（BiosensorPlatform）”——一种治疗诊断技术。作为将诊断和治疗疾病结合在一起的新兴疗法，能够在诊断的同时，提出适合不同病人的治疗方案，可以降低疾病诊断和医学临床的费用与复杂性，同时具备提供疾病发展和药品疗效成果的能力。目前该技术已被使用在某些乳癌的治疗上，只需在事前做些特殊的测试，即可根据结果决定适合的疗程。这个技术更被医学界视为未来疾病疗程的主流。来自加州大学洛杉矶分校的研究者使用GeneFluidics开发的新型生物传感器来鉴定引起感染的特定革兰氏阴性菌，该结果表明利用微型电化学传感器芯片已经可以用于人临床样本的细菌检查。GeneFluidics'16-sensor上的芯片包被了UCLA设计的特异的遗传探针。临床样本直接加到芯片上，然后其电化学信号被多通道阅读器获取。根据传感器上信号的变化来判断尿路感染的细菌种类。从样品收集到结果仅需45分钟。比传统方法（需要2天时间）

我国电化学生物传感器的研究进展.

第12卷第6期重庆科技学院学报(自然科学版2010年12月收稿日期:2010-07-20 基金项目:重庆市教委科学技术研究资助项目(KJ101315 作者简介:刘艳(1968-,女,四川乐山人,副教授,研究方向为电化学传感器。在生命科学研究和医学临床检验中,需对各种各样的生物大分子进行选择性测定。据统计,全世界每年要进行数亿次免疫学和遗传学病理检验。常用的检验小型化分析装置和检测方法,成为目前现代分析化学研究领域的前沿课题。 1962年,Clark 提出将生物和传感器联用的设想,并制得一种新型分析装置“酶电极”。这为生命科学打开一扇新的大门,酶电极也成为发展最早的一类生物传感器。生物传感器结合具有分子识别作用的生物体成分(酶、微生物、动植物组织切片、抗原和抗体、核酸或生物体本身(细胞、细胞器、组织作为敏感元件与理化换能器,能产生间断的或连续的信号,信号强度与被分析物浓度成比例。电化学生物传感器是将生物活性材料(敏感元件与电化学换能器(即电化学电极结合起来组成的生物传感器。当前,电化学生物传感器技术已在环境监测、临床检验、食品和药物分析、生化分析[2-4]等研究中有着广泛的应用。本文在此综述电化学生物传感器的工作原理、分类及几个当今研究的热点。 1 电化学生物传感器概述 1.1 电化学生物传感器的原理电化学生物传感器是将生物活性材料(敏感元

件与电化学换能器(即电化学电极结合起来组成的生物传感器。当电化学池中溶液的化学成分变化时,电极上流过的电流或电极表面与溶液的电势差会随之发生变化,这样通过测定电流或电势的变化就可以获取溶液成分或相应的化学反应的变化信息。电化学生物传感器是在上述电化学传感器原理的基础上,以具有生物活性的物质作为识别元件,通过特定反应使被测成分消耗或产生相应化学计量数的电活性物质,从而将被测成分的浓度或活度变化转换成与其相关的电活性物质的浓度变化,并通过电极获取电流或电位信息,最后实现特定物质的检测。如图1所示,这类传感器中使用的生物活性材料包括酶、微生物、细胞、组织、抗体、抗原等等。图1电化学生物传感器的工作原理 1.2电化学生物传感器的类别生物传感器主要包括生物敏感膜和换能器两部分。按照敏感元件所用生物材料的不同,电化学生物传感器分为酶电极传感器、微生物电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学DNA 传感器等,其中酶电极由于其高效、专一、反应条件温和且具有化学放大作用而成为电化学生物传感器的研究主流。按照检测信号的不同,电化学生物传感器可分我国电化学生物传感器的研究进展刘艳 (长江师范学院,重庆408100 摘

生物传感器

生物传感器信研1402 摘要：生物传感器是一种以生物活性单元为敏感元件，结合化学、物理转换元件，对被分析物具有高度选择性的装置,它具有灵敏度高、检测速度快、操作简便、成本低、可进行连续动态监测等优点。本文在介绍生物传感器发展现状、组成及工作原理以及输入输出信号的基础上，对生物传感器的应用进行了综述。引言生物传感器技术是一个非常活跃的工程技术研究领域,它与生物信息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科一起处在生命科学和信息科学的交叉区域,是发展生物技术必不可少的一种先进的检测与监控装置。一、生物传感器组成生物传感器(biosensor)，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。生物传感器利用生物活性物质选择性的识别和测定实现测量，主要由两大部分组成（如图1所示）：一为功能识别物质（分子识别元件又称生物敏感膜），由其去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础；其二是电、光信号转换装置（换能器），由其把被测物所产生的化学反应转换成便于传输的电信号或光信号。图1.生物传感器组成结构图

生物传感器识别和检测待测物的一般反应过程为：首先，待测物分子与识别元素接触；然后，识别元素把待测物分子从样品中分离出来；接着，转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号；最后，使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换，将输出信号转化为可识别的信号。二、工作原理生物传感器工作方式分为两种：直接转换为电信号和间接转换为电信号型，间接型是将化学信号、光信号或者热信号等其他信号转换为电信号。图2.生物传感器工作原理图三、生物传感器的分类根据识别元素的不同，生物传感器可分为酶免疫传感器、细胞传感器、微生物传感器、传感器等，，根据输出信号产生的方式生物传感器可分为生物亲和型传感器或催化型生物传感器等。也可依据分子的类型进行分类生物传感器的命名与其分类一一对应，为清晰描述一个传感器的性质，也可将同一传感器在不同领域的分类叠加，如以蛋白质为分子，酶为识别元素，电化学为表征手段的生物传感器可称为蛋白质酶电化学传感器或是酶电化学蛋白质传感器。根据所用换能器和监测物理量、化学量和生物量可分为电化学生物传感器光学生物传感器。光化学生物传感器是基于待测物能够引起传感器表面某种特定指示剂光吸

SPR生物传感器研究综述

SPR生物传感器研究综述刘小林 (宜春学院,江西宜春336000) 摘　要:SPR生物传感器已广泛应用于易变反应物与传感器表面固定结合配体之间特定定性与定量分析1 文章综述了这种新技术的研究和应用进展情况,传感器的组成和工作原理,传感器表面和固定,应用于实验的步骤,实验结果与未来发展趋势1 关键词:SPR生物传感器;固定技术;生物大分子中图分类号:Q6　文献标识码:A　文章编号:1671-380X(2006)04-0120-04 Rev i ews on the Study of Surface Pl a s m on Resonance B i osen sors L I U Xiao-lin (Yichun College1J iangxi Y ichun336000China) Abstract:Surface p las mon res onance bi osens ors have become increasingly popular for the qualitative and quantitative characterizati on of the s pecific binding of a mobile reactant t o a binding partner i m mobilized on the sens or surface1This A rticle revie ws the study devel2 opments of this ne w technique,including sens or surface and i m mobilizati on,an app lied experi m ental p r ocedure,experi m ental results and future pers pectives1 Key words:Surface Plas mon Res onance B i osens or;I m mobilizati on Technique;B i ol ogicalMacr omolecule 1990年,随着SPR生物传感器(Surface p las mon res o2 nance bi osens ors)的传播,可视的光波生物传感器随即被广泛应用并逐渐成为生物大分子间相互作用的定性和定量的检测工具1对照于其他方法,这种生物传感器能察觉到在流动时期结合到被固定在生物传感器表面的特殊反应1SPR 生物传感器部分地引起关注是因为被测的物理量是折射率变化,因此,没有chr omophoric组或被标记的生物大分子是必须要的1另外,SPR生物传感器在结合的过程中提供即时的消息,也适用于μM到sub---n M宽物质间的相互作用1 目前,很多大分子间的相互作用在SPR生物传感器上的应用被公开地应用于多个领域1包括细胞粘附因子,T 细胞抗原受体和MHC-编码分子,受体—配体的相互作用,抗体抗原的相互作用,病毒研究,蛋白质—DNA和DNA--DNA间的相互作用,脂类泡状体或平面双层间的相互作用及与膜结合的单程转录复合物的合成等1除了由B iacore、Upp sala、s weden(B I A core)、I ntersents I nstru ments BV、Amersfoort、Netherlands(I B I S)制造的工业上应用的SPR生物传感器和几种用于装备实验室的SPR生物传感器外,目前只有两种渐消失的光波导耦合方式生物传感器在工业上被应用,这两种生物传感器(Kretsch mann结构为基础的棱镜型和衍射光栅型生物传感器)是以反射原理和光栅配体原理为基础,它们在描述可视物质的相互作用的性能上与SPR生物传感器类似1 用渐消失的光波生物传感器得到的可靠的数据描述化学结合动力学和平衡点,比较于简单的结合定性分析,这是一种费时费力的工作1即便是反应都遵守简单的准一级动力学规律,需要克服的困难却有:(1)固定技术必须按本来的结构结合自由反应物,必须反应均匀,必须达到方位1表面不允许有较多的非特异性结合1(2)相对地小折射率的指标增加的大多数生物大分子必须有限制的集中于传感器表面的结合位点上1(3)自由反应物能有效地运输到反应的传感器表面等问题比混合反应物的问题难解决得多1结果,测量的结合过程曲线受到限制自由反应物的质量转移,和到达传感器表面和在传感器表面上毗邻结合位点的障碍,这些测量的结合过程曲线也同样受到固定反应物不同亚群结合过程重叠和非特异性结合的影响1最近几年,最重大的进展是实验技术的发展使这些问题可以得到解决或降低其影响,在计划上控制实验,在分析程序和诊断上的发展,在结果的描述上都有改进1 SPR生物传感器的基本构造是一个由很薄的金属薄膜(通常是金的或银的)组成的棱镜,这个结构最早由Kretsch mann和Raether提出,光在棱镜内部的全部反射往往激发金属薄膜上的非放射性表面胞质团1这种胞质团是使金属薄膜表面产生等离子膜共振1 1　生物传感器的组成和工作原理第28卷　第4期2006年8月宜春学院学报(自然科学) Journal of Yichun University(s ocial science) Aug128,No14 Aug12006 收稿日期:2006-04-17 作者简介:刘小林(1966-),男,江西高安市人,副教授,在读博士研究生,研究方向:农学与生物技术1

生物传感器综述

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生物传感器课程论文论文题目：生物传感器技术在环境分析与检测方面的应用研究进展专业: 分析化学姓名:雷杰学号：120１5１305２9 指导教师：晋晓勇时间：２０1５年1０月23日

生物传感器技术在环境分析与检测方面的应用研究进展摘要：生物传感器作为一类新兴传感器,它是以生物分子敏感元件,将化学信号、热信号、光信号转换成电信号或者直接产生电信号予以放大输出,从而得到检测结果。文章综述了生物传感器在环境监测,包括水环境、大气环境等领域的应用和最新进展,并展望了环境监测生物传感器的发展前景及发展方向。关键词:生物传感器技术；环境分析检测;

０.前言生物传感器这门课属于分析化学和生物化学的一门交叉学科，它涉及到生物化学、电化学等多个基础学科。就目前生物传感器研究的历史阶段，它仍然处于十分活跃的研究阶段,生物传感器的研究逐渐变得专业化、微型化、集成化、也有一些生物相容的生物传感器,生物可控和智能化的传感器制成[1]。基于生物传感器的基本结构和性能，从它的选择性,稳定性，灵敏度和传感器系统的集成化发展的特点和趋势,科研人员主要研究生物传感器在医疗、食品工业和环境监测等方面,它的发展对生产生活都有极大影响，尤其是生物传感器专一性好、易操作、设备简单、可现场检测、便携式、测量快速准确、适用范围广,从而深受研究者的青睐。本文主要概述了近三年来生物传感器在环境分析与检测方面的应用研究，从而对以后生物传感器技术的研究有所帮助与借鉴。 1.生物传感器技术 1.1生物传感器的组成及工作原理生物传感器主要是由生物识别和信号分析两部分组成。生物识别部分是由具有分子识别能力的生物敏感识别元件构成,包括细胞、生物素、酶、抗体及核酸。信号分析部分通常叫换能器。它们的工作原理一般是根据物质电化学、光学、质量、热量、磁性等,物理化学性质将被分析物与生物识别元件之间反应的信号转变成易检测、量化的另一种信号,比如电信号、焚光信号等,再经过信号读取设备的转换过程，最终得到可以对分析物进行定性或定量检测的数据[2]。生物传感器识别和检测待测物的工作原理:首先,待测物分子与识别元素接触；然后,识别元素把待测物分子从样品中分离出来；接着,转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号;最后，使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换，将输出信号转化为可识别的信号。生物传感器的各个部分包括分析装置、仪器和系统也由此构成。生物传感器中的识别元素决定了传感器的特异性,是生物定性识别的决定因素；识别元素与待测分子的亲合力，以及换能器和检测仪表的精密度，在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应速度。

生物传感器检测限

生物传感器检测限我做了一个生物传感器没有良好的线性范围怎么确定最低检测限呢？大侠们指导下吧找出一段线性最好的范围，求出他的斜率，此为敏感度！用三倍的背景电流除以敏感度，即为检测极限～～～关键是你所说的没有良好的线性范围我没怎么明白～～就是浓度和信号没有线性关系啊以3倍的空白的标准偏差作为检测限可以吗？我是这么理解的，如果没有线性关系的话，很难保证信号是你的目标物引起的～～～这样子啊但是随浓度增高信号是变强的就是没有线性关系郁闷死我了如果你多次重复实验都是这样的一个结果，而且你也确定你的实验没有问题的话，考虑一下能斯特关系，即信号与浓度的-logC之间可有线性关系，一般情况下，电流与浓度之间应该是线性关系，能斯特关系比较多的出现在开路电位与浓度的关系上。背景电流应该怎样来求？不是太理解，谢谢！我认为这是个好问题，当初自己在看文献的时候也产生过这样的疑问。希望论坛上能讨论更多这些研究细节的问题。线性范围和检测极限都是生物传感器重要的性能参数，对它们进行考察和分析在研究中是不可避免。其实也比较容易理解，如果有例子分析说明就好了。下面的图希望对你有帮助。线性范围：

检测极限：

回归方程形式：y=a+b*x 请教一下：对于生物传感器，线性范围是否最好能有？是不是有的没有良好的线性范围？这样的话，检测下限就不能算出来了？我看到有的用3σ计算检测限，用的是空白值的标准偏差。谢谢！不是所有的生物传感器都能得到线性的回归方程。但酶传感器一般是这样的，是由酶催化反应和电化学测试方法决定的。对于DNA传感器，待测物浓度和电流值通常不成线性关系，也就不能简单地线性拟合。但检测局限都是能确定的。也是根据公式Y-Yb=Sb。 3σ中的σ也即上贴公式中的Sb，就是空白值的标准偏差，通过测n次空白值后得到。只是在具体求值的时候，可以用标准偏差S代替，也有书上讲用回归标准偏差代替。

生物传感器及其在农药残留中的应用

专业文献综述题目: 生物传感器及其在农药残留中的应用姓名: 李枞学院: 植物保护专业: 农药学班级: 5 学号: 2011102159 指导教师: 杨红职称: 教授 2012 年05月01日

生物传感器及其在农药残留中的应用摘要：生物传感器是一种新型的分析工具，在农药残留的检测中具有极其重要的应用价值。本文介绍了生物传感器的定义、原理、分类和特点，并对生物传感器分析农药残留物的应用、研究进展和发展趋势进行了探讨。关键词：生物传感器；农药残留物；应用；研究进展 The Application of Biosensor in the Determination of Pesticide Residues Abstract：Biosensor is a new analysis tool.It has very important applied value in the pesticide residues analyse.This article describes the definition,theory,classification and characteristics of biological sensors in detail,and discussed the applications,research development and development trends of biosensor analysis of pesticide residues. Key word：biosensor；pesticide residues；application；research development 前言自上世纪80年代以来，国际上农药残留分析新技术的研究非常活跃，不断有新方法、新技术涌现，以满足现场快速检测样品量的迅速增加，对分析的灵敏度、特异性和快捷性提出了更苛刻的要求。生物传感器法就是其中日渐成熟的一种。生物传感器具有体积小、成本低、灵敏度高、选择性及抗干扰能力强、响应快等优点。近年来，随生物技术的日臻完善、微电子学技术的迅速发展以及实际应用领域的迫切要求，作为一种多学科交叉的高技术、作为一种强有力的分析工具，它已成功地应用于医学、国防、环境、食品工业及农业等领域。该文主要对生物传感器在农药残留分析中的应用进行了概述。 1生物传感器生物传感器实际上是一种特殊的化学传感器，是用生物活性物质( 如酶、抗体、抗原、细胞等) 作识别元件，配以适当的物理或化学信号转换器所构成的分析工具。 1. 1 生物传感器的工作原理生物传感器以生物化学和传感技术为基础，其工作原理可用图1表示：待测物质经扩散作用进入分子识别元件，经分子识别，与分子识别元件特异性结合，发生生物化学反应，产生的生物学信息通过信号转换器转化为可以定量处理的光信号或电信号，再经仪表的放大和输出，即可达到分析检测的目的。图1

葡萄糖生物传感器的进展过程及研究成果[文献综述]

文献综述葡萄糖生物传感器的进展过程及研究成果摘要：总结了葡萄糖生物传感器研究的发展过程；阐述了第一代经典葡萄糖酶电极、第二代传递介体传感器及第三代直接传感器的原理和特性，并介绍了其它类型的葡萄糖传感器技术及产品，部分产品在医学上的应用。最后，总结和展望了葡萄糖生物传感器研究及应用的发展趋势。关键词：葡萄糖；生物传感器；医学领域；进展引言：葡萄糖传感器是生物传感器领域研究最多、商品化最早的生物传感器。葡萄糖生物传感器的发展基于两个方面的技术基础：第一，葡萄糖是动物和植物体内碳水化合物的主要组成部分，葡萄糖的定量测定在生物化学、临床化学和食品分析中都占有很重要的位置，其分析方法的研究一直引起人们的关注。特别是临床检验中对血糖分析技术的需求，促进了葡萄糖酶分析方法建立；第二，1954年，Clark建立了氧电极分析方法。1956年又对极谱式氧电极进行了重大改进，使使活体组织氧分压的无损测量成为可能，并首次提出了氧电极与酶的电化学反应理论。根据Clark电极理论，自20世纪60年代开始，各国科学家纷纷开始葡萄糖传感器的研究。经过近半个世纪的努力，葡萄糖传感器的研究和应用已有了很大的发展，在食品分析、发酵控制、临床检验等方面发挥着重要的作用[1]。 1 经典葡萄糖酶电极 1962年，Clark和Lyon发表了第一篇关于酶电极的论文[2]。1967年Updik和Hicks首次研制出以铂电极为基体的葡萄糖氧化酶（GOD）电极。用于定量检测血清中的葡萄糖含量[3]。这标志着第一代生物传感器的诞生。该方法中葡萄糖氧化酶固定在透析膜和氧穿透膜中间，形成一个“三明治”的结构，

再将此结构附着在铂电极的表面。在施加一定电位的条件下，通过检测氧气的减少量来确定葡萄糖的含量。由于大气中氧气分压的变化，会导致溶液中溶解氧浓度的变化，从而影响测定的准确性[4]。为了避免氧干扰，1970年，Clark对其设计的装置进行改进后，可以较准确地测定 H 2O 2 的产生量，从而间接测定葡萄糖的含量[5]。此后，许多研究者采用过氧化氢电极作为基础电极，其优点是，葡萄糖浓度与产生的H 2O 2 有当量关系，不受血液中氧浓度变化的影响。早期的H 2O 2 电极属于开放型，即铂电极直接与样品溶液接触，干扰比较大。现在的商品化都是隔膜型（Clark）型，即通过一层选择性气透膜（聚乙烯膜获tefion膜）将电极与外溶液隔开。这样在用于生物样品测定时，可以阻止抗坏血酸、谷胱甘肽、尿素等许多还原性物质的干扰。同时，葡萄糖氧化酶的固定化技术也逐步发展和完善，这些研究包括聚乙烯碳酸酯膜和多孔膜包埋法、重氮化法、牛血清蛋白（BSA）-多聚甲醛膜法、牛血清白蛋白-戊二醛交联法等。1972年，Guilbault在铂电极上覆盖一层掺有葡萄糖氧化酶的选择性膜，保存10个月后相应电极上响应的稳定电流只减少了0.1%，从而制得具有较高稳定性和测量准确性的葡萄糖生物传感器[6]。这一技术被美国Yellow Spring Instrument(YSI)公司采用，于1975年首次研制出全球第一个商业用途的葡萄糖传感器。目前，葡萄糖酶电极测定仪已经有各种型号商品，并在许多国家普遍应用。我国第一台葡萄糖生物传感器于1986年研制成功，商品化产品主要有SBA葡萄糖生物传感器[7]。该传感器选用固定化葡萄糖氧化酶与过氧化氢电极构成酶电极葡萄糖生物传感分析仪，每次进样两25uL，进样后20s可测出样品中葡萄糖含量，在10～1000mg/L范围内具良好的线性关系，连续测定20次的变异系数小于2%。 2 介体葡萄糖酶电极在葡萄糖氧化酶电极中引入化学介体（chemical mediator）取代O 2/H 2 O 2 ，作用是把葡萄糖氧化酶氧化，使之再生后循环使用，而电子传递介体本身被还原，又在电极上被氧化。利用电子传递介体后，既不涉及O 2，也不涉及H 2 O 2 ，而是利用具有较低氧化电位的传递介体在电极上产生的氧化电流，在测定葡萄糖时，可以避免其他电活性物质的干扰，提高了测定的灵敏度和准确性。 Cass等[8]将ＧＯＤ固定在石墨电极（graphite electrode）上，以水不溶性二茂铁

酶生物传感器

酶生物传感器得应用进展摘要：酶生物传感器就是将酶作为生物敏感基元,通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间得反应所产生得与目标物浓度成比例关系得可测信号,实现对目标物定量测定得分析仪器。与传统分析方法相比,酶生物传感器具有独特得优点:选择性高、反复多次使用、响应快、体积小、可实现在线监测、成本低，便于推广普及。本文主要论述生物酶传感器得特征、发展及酶传感器中应用得新技术。关键词：酶生物传感器;进展;应用新技术 1概述生物传感器(Biosensor)就是一类特殊得化学传感器,通过各种物理、化学型信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间得反应,然后将反应得程度用离散或连续得信号表达出来,从而得出被测物得浓度[1]。自1962年Clark[2]等人提出把酶与电极结合来测定酶底物得设想后，1967年Updike与Hicks[3]研制出世界上第一支葡萄糖氧化酶电极[2]，用于定量检测血清中葡萄糖含量、此后，酶生物传感器引起了各领域科学家得高度重视与广泛研究，得到了迅速发展、酶生物传感器就是将酶作为生物敏感基元，通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间得反应所产生得与目标物浓度成比例关系得可测信号，实现对目标物定量测定得分析仪器、与传统分析方法相比，酶生物传感辑就是由固定化得生物敏感膜与与之密切结合得换能系统组成，它把固化酶与电化学传感器结合在一起，因而

具有独特得优点：(1)它既有不溶性酶体系得优点，又具有电化学电极得高灵敏度;(2)由于酶得专属反应性，使其具有高得选择性，能够直接在复杂试样中进行测定、因此，酶生物传感器在生物传感器领域中占有非常重要得地位、生物传感器具有多样性、无试剂分析、操作简便、灵敏、快速、价廉、可重复连续使用等特点,已在食品发酵工业、临床医学、环境监测、军事科学等领域展现出十分广阔得应用前景[4-9]。 2酶生物传感器得基本结构酶生物传感器得基本结构单元就是由物质识别元件(固定化酶膜)与信号转换器(基体电极)组成、当酶膜上发生酶促反应时，产生得电活性物质由基体电极对其响应、基体电极得作用就是使化学信号转变为电信号，从而加以检测，基体电极可采用碳质电极(石噩电板、玻碳电极、碳棚电极)、R电极及相应得修饰电极、 3酶生物传感器得分类生物传感器按换能方式可分为电化学生物传感器与光化学生物传感器2种。 3、1电化学酶传感器基于电子媒介体得葡萄糖传感器,具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、寿命长、抗干扰性能好等优点,尤为受到重视。二茂铁由于有不溶于水、氧化还原可逆性好、电子传递速率高等优点,得到了广泛得研究与应用。

DNA生物传感器综述

医学仪器与传感器课程论文题目:电化学DNA传感器综述院（系）：生物科学与工程学院专业：生物医学工程学生姓名:胡加团学号：201030760111 提交日期：2013.05.31

电化学DNA传感器综述【摘要】近年来，随着传感器技术的发展，生物传感器已经成为获取生物信息不可或缺的技术，而生物传感器由于灵敏度和选择性、优化检测方法的研究也越来越受到大家的关注。其中电化学DNA传感器更是被广泛的运用于基因诊断、环境监测、药物研究的研究。本文介绍了生物传感器的简要原理以及电化学生物传感器的原理及组成，以及发展前景等。【关键字】电化学DNA传感器、生物传感器、指示剂一、生物传感器原理及构成生物传感器指由生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、细胞、生物组织等）作为敏感基元构成分子识别系统，对被测物惊醒高选择性的识别，通过各种化学或物理转换器捕捉目标与敏感基元之间的作用，并将作用程度用离散或者连续的信号表达出来，从而得出被测物的种类和含量的装置。简单来说，生物传感器就是利用生物活性物质选择性的识别和测定各种生物化学物质的传感器。生物传感器主要由敏感的生物元件，换能器以及检测元件三个部分构成，其工作原理是当被测物扩散进入固定的生物敏感膜，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息继而被相关的化学转换器或物理转换器转变成可定量和处理的信号，再经检测处理电路放大并输出，从而得知待测物的浓度。如图1所示图1.生物传感器原理生物传感器主要有三种分类方式，按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为:微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA 传感器等；按照传感器器件检测的原理分类，可分为:热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等；按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为亲和型和代谢型两种。其主要分类如图2所示。

生物传感器综述综述

生物传感器课程论文论文题目：生物传感器技术在环境分析与检测方面的应用研究进展专业：分析化学姓名：雷杰学号： 12015130529 指导教师：晋晓勇时间：2015年10月23日

0．前言生物传感器这门课属于分析化学和生物化学的一门交叉学科，它涉及到生物化学、电化学等多个基础学科。就目前生物传感器研究的历史阶段，它仍然处于十分活跃的研究阶段，生物传感器的研究逐渐变得专业化、微型化、集成化、也有一些生物相容的生物传感器，生物可控和智能化的传感器制成[1]。基于生物传感器的基本结构和性能，从它的选择性，稳定性，灵敏度和传感器系统的集成化发展的特点和趋势,科研人员主要研究生物传感器在医疗、食品工业和环境监测等方面，它的发展对生产生活都有极大影响，尤其是生物传感器专一性好、易操作、设备简单、可现场检测、便携式、测量快速准确、适用范围广，从而深受研究者的青睐。本文主要概述了近三年来生物传感器在环境分析与检测方面的应用研究，从而对以后生物传感器技术的研究有所帮助与借鉴。 1.生物传感器技术 1.1生物传感器的组成及工作原理生物传感器主要是由生物识别和信号分析两部分组成。生物识别部分是由具有分子识别能力的生物敏感识别元件构成，包括细胞、生物素、酶、抗体及核酸。信号分析部分通常叫换能器。它们的工作原理一般是根据物质电化学、光学、质量、热量、磁性等，物理化学性质将被分析物与生物识别元件之间反应的信号转变成易检测、量化的另一种信号，比如电信号、焚光信号等，再经过信号读取设备的转换过程，最终得到可以对分析物进行定性或定量检测的数据[2]。生物传感器识别和检测待测物的工作原理：首先，待测物分子与识别元素接触；然后，识别元素把待测物分子从样品中分离出来；接着，转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号；最后，使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换，将输出信号转化为可识别的信号。生物传感器的各个部分包括分析装置、仪器和系统也由此构成。生物传感器中的识别元素决定了传感器的特异性，是生物定性识别的决定因素；识别元素与待测分子的亲合力，以及换能器和检测仪表的精密度，在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应速度。

酶电化学生物传感器

酶电化学生物传感器摘要生物电化学传感器是生物传感器中研究最早、种类最多的一个分支，它具有专一、高效。简便、快速的优点，已应用于生物、医学及工业分析等方面。目前，生物传感器正进入全面深入研究开发的时期，各种微型化、集成化、智能化、实用化的生物传感器与系统越来越多。本文就酶电化学生物传感器特点基本结构、原理及其应用展开综述。关键词：生物传感器应用结构酶生物传感器正文：自1962年Clark等人提出把酶与电极结合来测定酶底物的设想后. 1967年Updike和Hicks 研制出世界上第一支葡萄糖氧化酶电极，用于定量检测血清中葡萄糖含量。此后，酶生物传感器引起了各领域科学家的高度重视和广泛研究，得到了迅速发展。酶生物传感器是将酶作为生物敏感基元，通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应所产生的与目标物浓度成比例关系的可测信号，实现对目标物定量测定的分析仪器.与传统分析方法相比，酶生物传感辑是由固定化的生物敏感膜和与之密切结合的换能系统组成，它把固化酶和电化学传感器结合在一起，因而具有独特的优点：(1)它既有不榕性酶体系的优点，又具有电化学电极的高灵敏度。(2) 由于酶的专属反应性，使其具有高的选择性，能够直接在复杂试样中进行测定.因此，酶生物传感器在生物传感器领域中占有非常重要的地位. 酶生物传感器的基本结构单元是由物质识别元件(固定化酶膜)和信号转换器(基体电极)组成.当酶膜上发生酶促反应时，产生的电活性物质由基体电极对其响应.基体电极的作用是使化学信号转变为电信号，从而加以检测，基体电极可采用碳质电极(石噩电板、玻碳电极、碳棚电极)、R 电极及相应的修饰电极。当酶电极漫入被测溶液，待测底物进入酶层的内部并参与反应，大部分酶反应都会产生或消耗一种可植电极测定的物质，当反应达到稳态时，电活性物质的浓度可以通过电位或电流模式进行测定。因此，酶生物传感器可分为电位型和电流型两类传感器。电位型传感辑是指酶电极与参比电极间输出的电位信号，它与被测物质之间服从能斯特关系。而电流型传感器是以酶促反应所引起的物质量的变化转变成电流信号输出，输出电流大小直接与底物浓度有关。电流型传感器与电位型传感器相比较具有更简单、直观的效果。其发展也是经历了许多代的更替。第一代酶生物传感器是以氧为中继体的电催化。其缺点(1)响应信号与氧分压或溶解氧关系较大，溶解氧的变化可能引起电极响应的波动；(2) 由于氧的糟解度有限，当溶解氧贫乏时，难以对高含量底物进行测定；(3) 当由酶促反应产生的过氧化氢以足够高的浓度存在时，可能会使很多酶去活化；(4) 需采用较正的电位，抗坏血酸和尿酸等电活性物质也会披氧化，产生干扰信号。第二代酶生物传感器（电子媒介体型）为了改进第一代酶生物传感器的缺点，现在普遍采用的是第二代酶生物传感器，即介体型酶生物传盛器。第二代生物传感器采用了含有电子媒介体的化学修饰层.此化学修饰层不仅能促进电子传递过程，使得响应的线性范围拓宽，电极的工作电位降低，同时，噪声、背景电流及干扰信号均小，且由于排除了过氧化氢，使得酶生物传感器的工作寿命延长.电子媒介体在近十年以来得到迅速发展，使用的媒介体种类也越不越多。第三代酶生物传感器（直接电子传递型）是酶与电极间进行直接电子传递，是生物传感器构造中的理想手段.这种传感器与氧或其它电子受体无关，无需媒介体，即所谓无媒介体传感器，但由于酶分子的电活性中心深埋在分子的内部，且在电极表面吸附后易发生变形，使得酶与电极间难以进行直接电子转移，因此采用这种方法制作生物传感器有一定难度.。到目前为止，只发现辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶、醋氨酸酶、细胞色素C过氧化物酶、

纳米生物传感器研究进展及其应用

纳米生物传感器的研究进展及其应用张雯歆【摘要】：随着纳米技术在生物传感器领域的不断引入，纳米生物传感器在灵敏度的提高，检测限的降低，线性检测范围的拓宽以及响应时间的缩短等方面的性能得到了很好的改善。本文主要对纳米颗粒、纳米纤维、纳米管以及纳米量子生物传感器在酶、免疫以及DNA等生化领域检测方面应用的研究进展进行简单的概述。【关键词】：纳米材料生物传感器应用 Advances of Research on application of Nano-materials in biosensors 【Abstract】：With the development of nanotechnology , the unique properties of nano-materials realize an objective to improve sensitive sensor with a wide linear range, a highly reproducible response, long-term stability and so on. The application of nano-materials (such as nanoparticle, nanofiber, nanotube) in biosensor fields introduced. The development of this field prospected in the future. 【Keywords】:nano-materials; biosensors; application 纳米技术和生物技术是21世纪的两大领先技术，在这两者之间存在着许多技术交叉，其中，纳米生物传感技术已然引起了研究领域的广泛关注。生物传感器是一类特殊形式的传感器，由固定化的生物敏感材料作为识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器及信号放大装置构成,具有接受器与转换器的功能,从而能够检测多种生命和化学物质。纳米技术主要是针对尺度为1 nm～100 nm之间的分子世界的一门技术。该尺寸处在原子、分子为代表的微观世界和宏观物体交界的过渡区域，因此有着独特的化学性质和物理性质，如表面效应、微尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等，呈现出常规材料不具备的优越性能。纳米技

生物传感器应用

生物传感器在环境监测中的应用摘要：生物传感器以其方便快捷、灵敏度高、选择性好等优点，已然成为了各个学科中不可或缺的测试仪器。其广泛应用于食品工业、发酵工业、医学、环境监测等各个领域。在环境领域，生物传感器以又应用于水质、大气等介质中的各种污染物的检测，已经是日常监测中不可替代的分析仪器。本文对生物传感器在环境监测的应用进行综述。未来，生物传感器会越来越灵敏、越来越方便快捷，将会大大提高环境监测人员的工作效率。关键词：生物传感器，污染物监测，环境监测。 1.生物传感器简介：生物传感器是一种对生物物质敏感并将其浓度转化为电信号进行监测的仪器。一般由需要以下几个部位组成：识别元件、理化换能器、信号放大器以及分析系统等。识别元件一般由固定化的生物敏感材料制成，这些材料可以是酶、抗体、抗原、细胞、核酸、组织、微生物等物质；适当的理化换能器，如氧电极、光敏管等可以制成换能器，这是将一些物质浓度转化为电信号的关键；而信号放大装置的作用就是将电信号放大，然后方便信号接收进而给分析系统进行分析。生物传感器是一种将信息学、生物芯片、计算机等学科融合交叉的科学产物，是科技发展的过程必不可少的先进的检测装置。从第一支生物酶传感器的研制后，生物传感器以其高选择性、体积小、方便携带、实时监测、环境污染小、高灵敏度和连续测定等优点，在生物科学、环境科学、食品科学等领域皆有十分广阔的探索价值和应用前景[1]。生物传感器有许多种分类方式:根据生物活性物质的类别，生物传感器可以分为酶传感器、免疫传感器、DNA传感器、组织传感器和微生物传感器等；根据检测原理，生物传感器可分光学生物传感器、电化学生物传感器及压电生物传

生物传感器研究进展

[文章编号]1002-0179(2008)06-1517-02 生物传感器研究进展高志勇 (渭南师范学院环境与生命科学系,陕西渭南　714000) [中图分类号]Q4-33;R31816 [文献标志码]D 　基金项目:渭南师范学院研究生专项科研项目(08YK Z 005) 生物传感器(biosens or )是一类特殊形式的传感器[1],是一种对生物物质敏感并将其待测物质转换为声、光、电等信号进行检测的仪器。它是由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质),与适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等)及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。 1　生物传感器的历史发展 1962年Clark 等提出了把酶与电极结合来测定酶底物的设想,1967年Updike 和Hicks 将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化,再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上,研制出世界上第一支葡萄糖氧化酶电极,用于定量检测血清中葡萄糖含量,标志着生物传感器的诞生。随后改用其它的酶或微生物等固化膜,便可制得检测其对应物的其它传感器。固定感受膜的方法有直接化学结合法;高分子载体法;高分子膜结合法。现已发展了第二代生物传感器(微生物、免疫、酶免疫和细胞器传感器),研制和开发第三代生物传感器,将生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器。生物传感器是用生物活性材料(酶、蛋白质、DNA 、抗体、抗原、生物膜等)与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科,是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法,也是物质分子水平的快速、微量分析方法。在21世纪知识经济发展中,生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点,在医学临床诊断[2,3]、工业控制、食品和药物分析(包括生物药物研究开发)[4,5]、环境保护以及生物技术[6～8]、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。 2　生物传感器的原理在利用生物传感器进行物质检测时,待测物质经扩散作用进入生物活性材料,经分子识别,发生生物学反应,产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的声、光、电等信号,再经二次仪表放大并输出,便可知道待测物浓度。 3　生物传感器的特点 (1)速度快,成本低。固定化酶生物传感分析仪是最早出现且精度最高的生物传感器,它们已经发展成一类可靠的精密分析仪器,由于采用了固定化酶膜作为分析工具,酶法分析试剂可以反复使用数千次,其分析成本只有手掌型血糖分析仪的十分之一;分析速度快,不到20s 可以获得准确的分析结果,这在临床急症室、某些重症患者的监护等许多场合都很重要。 (2)专一性强。生物传感器只对特定的底物起反应,而且不受颜色、浊度的影响,因此一般不需要进行样品的预处理,干扰少。 (3)稳定性好,分析精度高。像目前市场上应用的高精度血糖分析仪是采用固定化酶的生物传感分析仪,其分析精度可以达到015%～2%。 (4)操作系统简单,容易实现自动分析。如药物分析中常用的表面等离子体共振(surface plasm on res onance ,SPR )生物传感器,就具有体积小、测定范围宽、精度高、灵敏度高、功能完整、操作方便、可靠、耗材廉价等优点,是一种创新性、实用化的现代科学仪器。 (5)作用广,应用价值大。有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生,在生产控制中能得到许多复杂的物理化学传感器综合作用才能获得的信息,同时它们还指明了增加产物获得率的方向;现在的生物传感器的应用涉及到医疗保健、疾病诊断、食品检测、环境监测、发酵工业的各个领域。 4　生物传感器的分类生物传感器可从不同的角度进行分类,主要有以下三种方法: (1)按照其感受器中所采用的生命物质分类,可分为:微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞器传感器、酶传感器、DNA 传感器等[9]。 (2)按照传感器器件检测的原理分类,可分为:热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。 (3)按照生物敏感物质相互作用的类型分类,可分为亲和型和代谢型两种。下面以第一种分类方法对生物传感器的各种类进行介绍。411　微生物传感器微生物传感器是由载体结合的微生物细胞和电化学器件组成,已发展了两种传感器:一种是以微生物呼吸活性为指标的呼吸型传感器,一种是以微生物的代谢产物为指标的电活性物质测定型传感器。用微生物代替酶作为识别元件是因为微生物具有较高稳定性、选择性好、廉价实用等优点,并可广泛用于许多酶反应系统、辅酶和能量再生系统[10]。412　免疫传感器免疫传感器是依赖抗原和抗体之间特异性和亲和性,利用抗体检测抗原或利用抗原检出抗体的传感器。并非所有的化合物都有免疫原性,一般分子量大、组成复杂、异物性强的分子,如生物战剂和部分毒素具有很强的免疫原性,而小分子物质,如化学战剂和某些毒素则没有免疫原性。但免疫传感器更适合于研制能连续、重复使用的毒剂监测器材。免疫分析法选择性好,如一种抗体只能识别一种毒剂,可以区分性质相似的同系物、同分异构体,甚至立体异构体,且抗体比酶具有更好的特异性,抗体与抗原的复合体相对稳定,不易分解[11]。413　组织传感器直接采用动植物组织薄片作为敏感元件的电化学传感器称组织电极传感器,其原理是利用动植物组织中的酶,优点是酶活性及其稳定性均比离析酶高,材料易于获取,制备简单,使用寿命长等。但在选择性、灵敏度、响应时间等方面还存在不足[12]。414　细胞传感器细胞器传感器是20世纪80年代末出现的一种以真核生物细胞、细胞器作为识别元件的生物传感器。1987年,Blondin 等提出了固定线粒体评价水质。Carpentier 及其合作者用类囊体膜构建的生物传感器,可在mg/L 浓度下测定铅与镉的毒性,也可对银或铜进行快速测定。R ouillon 等用特殊的固定化技术将叶绿体与类囊体膜包埋在光交联的苯乙烯基吡啶聚乙烯醇(PVA -sbQ )中,可以在μg/L 浓度水平下检测到汞(Hg )、铅(Pb )、镉(Cd )、镍(Ni )、锌(Zn )和铜(Cu )等离子的存在[13]。415　酶传感器酶传感器是最早问世的生物传感器,早在1962年Clark 等就提出了酶传感器原理,1967年Updike 等发展制成为酶电极,它是把无机离子或低分子气体作为测量对象而发展起来的电化学器件,并与同时期发展起来的酶固定技术相结合而产生的传感器[14]。酶生物传感器是将酶作为生物敏感基元,通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应所产生的与目标物浓度成比例关系的可测信号,实现对目标物定量测定的分析仪器。与传统分析方法相比,酶生物传感器是由固定化的生物敏感膜和与之密切结合的换能系统组成[15]。416　DNA 传感器 DNA 是一类重要的生命物质,是大多数生物体遗传信息的载体,对DNA 的研究是生命科学研究领域中极为重要的内容。随着人类基因组计划的顺利实施,基于DNA 探针的基因传感器、基因芯片的研究正成为基因组研究的一个热点[16]。DNA 生物传感器是一种能将目标DNA 的存在转化为可检测的电、光、声信号的装置[17]。所检测的是核酸的杂交反应,因此也可以称它为核酸杂交生物传感器(nucleic acid hybridization biosens or )。每种生物体内都含有其独特的核酸序列,因此检测特定核酸序列的关键是要设计一段寡核苷酸序列作为探针。这段探针能够专一性与其进行杂交,而与其它非特异性序列不杂交,对靶序列杂交的特异性和敏感性,一直是核酸检测工作者的研究主题。DNA 生物传感器的结构包括一个靶序列识别层和一个信号换能器。识别层通常由固定在换能器上的探针DNA 以及一些其它的辅助物质组成,它可以特异性地识别靶序列并与其杂交。换能器可将此杂交过程所产生的变化转变为可识别的信号,根据杂交前后信号量的变化,可以对靶DNA 进行准确定量。根据换能器种类不同,可大致分为电化学DNA 传感器、光学DNA 传感器和质量DNA 传感器等[18]。DNA 生物传感器对基因序列的明确分析近年来得到了快速发展,随着DNA 合成技术以及与微电子技术的发展,DNA 生物传感器的发展更趋于完善[19]。 5　展望生物传感器由于集高效、灵敏、特异、结构小巧、经济实用等优点于一身,目前已成为生命科学领域的研究热点[20],正在成为 7 151华西医学2008,23(6)　C N 51-1356/R