第十二章 电化学在生物和医学中的应用
电化学分析在生物科学中的应用
电化学分析在生物科学中的应用电化学分析是指应用电化学原理和技术对各种物质进行定性、定量分析的方法。
在生物科学领域，电化学分析已经成为了不可或缺的分析手段之一。
在此，我们将探讨电化学分析在生物科学中的应用。
一、电位滴定法电位滴定法是电化学分析中最常用的一种方法。
该方法利用电极电位变化来测量被测物质的浓度和化学特性。
在生物科学中，电位滴定法常常用于测定血液pH值及肌酸酐和肌酸含量等。
此外，该方法也可以用于分析脂质代谢物的含量，并且精度较高，操作简单方便。
二、循环伏安法循环伏安法是一种测定电极反应动力学和溶液中电极过程的电化学分析方法。
此方法在生化学领域中广泛应用，例如在酶学研究中，循环伏安法可以用于确定电极反应机理、测定酶催化反应中的电化学参数以及测定酶活性等。
此外，在蛋白质电化学研究中，也可以利用循环伏安法测定蛋白质的电化学性质和氧化还原峰等。
三、电导法电导法是通过导电介质中电流的流动情况来对其进行分析的方法。
在生物科学领域，电导法广泛应用于红细胞、血浆、组织液和细胞液中电解质的分析。
此外，电导法还可以用于测定酸碱平衡和生物体内的水分含量等。
四、计时安培法计时安培法是测定电解液中溶质或痕量元素含量的一种电化学分析方法。
该方法需使用特殊电极，在恒定电流下进行测量，可以精准测定多种元素的含量，包括金属元素、溶解态无机阴离子等。
在生物科学研究中，计时安培法可以用于检测生物体内的微量元素的含量及其代谢过程中的变化，从而对疾病诊断和治疗提供重要参考。
五、微量元素测试法微量元素测试法是指对生物体内微量元素进行定量测定的方法。
微量元素在生物体内的含量虽然很少，但对生命活动具有重要作用。
在生物科学研究中，微量元素测试法可以用于研究不同生物体内微量元素含量的差异，探索微量元素参与生命活动的作用机理，以及为生命科学研究提供更深入的数据支持。
总之，电化学分析在生物科学中具有广泛的应用前景，可以用于测定生命体内的各种生物活性物质及其化学组成、化学性质，为生命科学研究提供有力的支持和帮助。
电化学发光技术在分析化学和生物医学中的应用
电化学发光技术在分析化学和生物医学中的应用随着科技的不断发展，新发现的技术和方法为科学研究提供了更加高效和可靠的手段。
其中，电化学发光技术是一种广泛应用于分析化学和生物医学领域的重要技术。
本文将重点讨论该技术在这两个领域中的具体应用。
一、电化学发光技术的基本原理电化学发光技术是一种将化学反应转换为光信号的技术。
其基本原理是该技术利用电化学原理和化学发光原理，将电化学反应中产生的化合物的激发态通过自发发光的方式转化为光信号。
该技术不仅具有高灵敏度和选择性，且可以实现在线监测和快速检测的功能，因此在实际应用中得到广泛的应用。
二、电化学发光技术在分析化学中的应用1. 离子探测电化学发光技术可以用于离子探测，通过选择不同的探测体系设计，可以实现对金属离子、有机阴离子、无机阴离子等的精确定量检测。
其中，常见的离子探测体系包括金属络合剂、离子选择性电极和荧光探针等。
例如，Scholz等人研发出一种基于电化学-荧光法的二氧化氮离子检测器，可实现对痕量二氧化氮离子的快速、灵敏检测。
2. 生物分析电化学发光技术在生物分析中也得到广泛应用。
其中，最为常见的应用是分析DNA和蛋白质。
例如，利用电化学发光技术可以将DNA片段与荧光标记结合后，在电化学感受器上进行检测。
这种检测方法可以达到极高的精度和检测速度，因此被广泛应用于基因测序和基因分析等领域。
三、电化学发光技术在生物医学中的应用1. 生物荧光标记电化学发光技术在生物荧光标记方面也有大量的应用。
在分析细胞、病毒、抗体等生物体分子时，通常需要将这些生物体分子与荧光标记结合，通过荧光信号反映分析样品中生物体分子的存在和数量。
经过不断发展，电化学发光技术已经可以实现复合有机-无机荧光标记，可大幅提高荧光标记的灵敏度和响应时间。
2. 肿瘤标记物检测电化学发光技术还应用在肿瘤标记物检测中。
该技术通过荧光标记肿瘤标志物，在电化学感受器上检测荧光信号并进行分析，在很大程度上提高了快速检测肿瘤标记物的能力。
电化学在生命科学中的应用
电化学在生命科学中的应用
电化学是一种利用电化学反应来研究化学反应和分析物质的科
学技术。
在生命科学领域中，电化学技术被广泛应用于生物学、医学、环境科学和食品科学等领域。
以下是电化学在生命科学中的应用：
1. 电分析化学：通过电化学方法可以对生物体内的物质进行分析，例如葡萄糖、蛋白质、核酸等。
这些物质可以通过电化学方法进行检测和分析，从而得到生物体内的信息。
电化学方法还可以用于检测微量元素，如铁、铜、锌等。
2. 生物传感器：电化学传感器是一种基于电化学反应的检测技术，可以用来检测生物体内的化学物质。
生物传感器可以应用于药物检测、食品安全检测等领域。
例如，可以通过电化学方法检测药物的浓度，从而控制药物的使用量和副作用。
3. 电化学成像：电化学成像技术可以用来研究细胞内部或生物组织中的化学反应。
通过电化学成像可以观察生物体内的离子、蛋白质、脂肪等物质的浓度分布和变化过程，从而研究生物体内的化学反应过程。
4. 生物燃料电池：生物燃料电池利用生物体内的化学反应产生电能。
生物燃料电池可以用来发电、治疗疾病、监测环境等。
例如，可以利用生物燃料电池产生电力来帮助治疗心脏病、癌症等疾病。
总之，电化学技术在生命科学领域中的应用非常广泛，从基础研究到应用探索都有很大的作用。
随着技术的不断发展，电化学技术将会在生命科学领域发挥更加重要的作用。
电化学技术在生物体系中的应用
电化学技术在生物体系中的应用电化学技术指的是利用电化学反应来实现某种物质转化的技术，现在已经广泛应用于生物体系中。
具体来说，电化学技术可以在生物传感、药物制备、光电响应等方面发挥重要作用。
本文将从这些方面具体探讨电化学技术在生物体系中的应用。
一、电化学传感电化学传感是指利用电化学反应将生物质量工作转换为电信号进行检测的技术。
它具有灵敏度高、选择性好、实时监测和反应速度快的特点。
常见的电化学传感器包括生物传感器、蛋白质传感器、DNA传感器等。
其中，生物传感器常用于检测生物分子的含量和结构，如酶和蛋白质。
而蛋白质传感器和DNA传感器则主要应用于检测单一的蛋白质结构或DNA序列。
电化学传感器的革命性在于能够实现非常复杂的生物体系的测量。
同时，由于电化学传感器具有方便、快速、检测简单等特点，它已经成为了医学和生命科学中必不可少的工具。
例如，BloodProtein Sensor就是一种基于电化学传感的生物传感器，可以用于检测血液蛋白质浓度。
这样的检测结果对于血糖监测和临床诊断等方面，有着非常广泛的意义。
二、电化学制备药物电化学制备药物是利用电化学反应来合成药物的一种方法。
它具有加速反应的速度、增强反应的选择性和优化合成的环境等优点。
通过调整电化学反应中的电位、电流和pH值等参数，可以更好地控制药物化学合成的过程和品质。
目前，电化学合成已经应用于药物合成、化妆品生产等领域。
在电化学反应合成药物过程中，最关键的是寻找适合的电极反应条件。
通过调整电极材料和电解液组成、调整电化学反应环境等来优化合成的过程，得到了一些新药。
比如，利用电化学反应制备抗癌药物曲妥珠单抗，已经得到了广泛应用。
而由于电化学合成无需引入昂贵的试剂和危险的化学反应，因此具有低成本、无毒性等优点，有着广泛的应用前景。
三、电化学光电响应电化学光电响应是指通过电化学反应来实现光电性能调控的方法。
通过引入光敏材料和电化学催化剂等，可以调控光电活性物质的特性，达到优化工作效率和改善性能的目的。
电化学分析技术在生物医学研究中的应用
电化学分析技术在生物医学研究中的应用电化学分析技术是利用电化学原理、方法及手段对物质进行高效、灵敏、准确分析的一种方法，已广泛应用于生物医学研究中的多种领域，包括疾病预防与诊断、药物研发及生命科学研究等。
一、电化学分析技术电化学分析技术是以电化学过程为基础的实验室测试技术。
它主要包括：常量电流伏安法、可逆电极法、阳极溶出测定法、阴极保护法等。
常见的电化学方法包括电解池和电非双控极谱法。
在电解池中，样品或反应产物被置于电解缸中，然后通过电流作用来产生各种电化学反应，可以进行电解析、电荷转移、阴离子的冻结、阳离子的置换以及非均相反应的催化。
而电非双控极谱法完全使用电化学技术，可以测量样品电极势与时间之间的变化，并由此得出有关样品的详细信息，包括各种氧化还原反应的反应速率、反应机理、电子结合能等参数。
电化学分析技术的主要用途是分析生物体系中的小分子，例如蛋白质、核酸、氨基酸、代谢物等。
二、1.生物分子分析在分子层面上，电化学分析可以测量和分析生物分子的电子结构和电化学性质。
这些分析可以有助于揭示生物分子中氧化还原反应的机制。
2.体液分析电化学分析可以检测人体液体中的药物、激素、代谢产物和细胞信号分子等物质的存在。
许多疾病的确诊和治疗都基于这些生化指标的测量。
3.神经科学电化学技术也可以用于神经科学研究中，如测量神经元活动或探测神经递质在突触间传播的机制。
这种技术已被广泛应用于神经元元件构建、神经元网络分析、认知和意识研究。
4.药物分析在药学中，电化学分析技术有助于评估药物的质量和稳定性，以及血药浓度的测量。
此外，也可以通过仿生学方法设计和控制新的药物分子，增加生物抗性、降低副作用和剂量。
三、电化学分析技术的优势1.低灵敏度电化学分析对于稀量溶液、微量样品的检测非常灵敏。
2.、简单易行电化学分析仪器操作简单、易于掌握，操作灵活，具有极高的重复性，方便科学家进行系统性的实验研究。
3.多功能性电化学分析技术可以应用于多种领域，如体液化学、生命科学、化学、环境和材料等。
电分析化学在生物医学领域中的应用
电分析化学在生物医学领域中的应用电分析化学是电化学与分析化学的结合体，它通过在电化学原理的基础上，以电化学试验方法为手段，结合数学、化学、物理等学科，对化学分析中的一些问题进行研究。
电分析化学技术的应用范围非常广泛，涉及到环境科学、食品安全、冶金、药物等领域，其中在生物医学领域更是发挥着很大的作用。
1、生物分子检测电分析化学技术可以用于快速、高灵敏度地检测生物分子，如蛋白质、DNA 等。
其主要方法包括电化学阻抗、循环伏安法、恒电流免疫反应、纳米线电化学传感器等。
经过数年的研究，电化学阻抗法现在已成为一种非常成熟的生物测试技术，它可以通过改变电极表面上的生物分子，输出电化学阻抗谱，从而定量检测目标生物分子。
2、生化反应分析电化学分析技术还可以应用于生化反应的分析，并施用于一些生物传感器中。
它可以通过测定反应中的电子传递过程，对反应的路径和速率进行分析。
生化反应分析技术还可以结合荧光分析、分子成像等技术，形成生化反应的高灵敏度、高效率的直观分析。
3、药物检测和分析现代医药学已经非常依赖先进的电分析化学探测技术。
电分析化学技术可以用于快速、准确、灵敏地检测药物浓度、结构等指标，同时不乏对其分子级别的分析。
配合各种物理和化学检测方法，比如同步荧光技术、拉曼光谱等，以及纳米传感器探头和分子建模等技术，将大大加大药物监测的准确性。
4、生物传感器器件研发电分析化学技术最主要的应用还在于开发制造生物传感器。
生物传感器可以检测生物体内的各种活动状态，如体温、血糖、血压、肌肉电流、神经活动、心脏跳动等等，形成应急反应机制。
各种传感器应用型成熟的技术，包括基于电化学离子灵敏体、纳米线、载体、电机体系等，他们都可以非常细微、实时地注册某一生物特定分子的活动状态。
总的来说，电分析化学是一种现代化高科技分析技术，它在获得信息时灵敏、准确度高，将分析可以进行定量和定性分析，是生物医学领域的宝贵工具之一。
随着电分析化学在这个领域的发展，相信会有更多的成果得到推出，也将更好地服务于人类健康。
电化学染色技术在生物领域中的应用
电化学染色技术在生物领域中的应用电化学染色技术是一种新型的生物学研究方法，其基本原理是利用电化学的方法使一定的物质与生物样品发生反应，并在此过程中使其发生染色反应。
而这种技术的应用，在生物领域中也是非常广泛的。
那么，本文就将围绕着电化学染色技术在生物领域中的应用展开阐述。
一、电化学染色技术在细胞分析中的应用细胞分析是生物学中非常重要的研究方向。
在分析细胞的过程中，有时需要对细胞进行染色或者标记，以便更加清晰地观察细胞结构和功能。
而电化学染色技术就可以提供这样的服务。
在细胞分析中，电化学染色技术主要应用于细胞色素染色、染色体染色、蛋白质标记等方面。
通过将染色剂与电化学荧光探针结合，可以实现对细胞内部结构的明确观察和定位。
同时，利用电化学染色技术，还可以更加精确地测定细胞内指定蛋白质的含量。
这些研究，在分子生物学、细胞生物学等领域中均有广泛的应用。
二、电化学染色技术在分子医学中的应用分子医学是一门连锁医学专业，其核心是对分子层面的研究。
而电化学染色技术不仅可以帮助开展基础研究，还可以在分子医学领域中实现乃至于改善治疗方法。
在分子医学中，电化学染色技术主要用于两个方面：病原生物的检测和蛋白质药物的研究。
通过将染色剂与病原菌结合，可以让其在染色过程中发生红外荧光，以实现对病原物的检测。
同时，利用电化学荧光信号和生物传感器，人们将就能准确地检测出病原菌的存在。
而在蛋白质药物的研究方面，电化学染色技术则是一种可靠的工具。
通过发现和鉴定蛋白质药物，也能帮助医生提高治疗水平。
例如，利用电化学荧光信号可以快速便捷地检测疾病标志物，从而实现快速诊断和治疗。
三、电化学染色技术在生环境监测中的应用生态环境保护是人类关注的一个重要领域。
而电化学染色技术的引入，则为生态环境保护提供了新的解决方案。
在生态环境监测中，电化学染色技术被广泛应用于水污染监测。
利用电化学方法，可以快速地监测生态环境中有机污染物的浓度和种类。
通过控制电压和电流，可以实现有机物质的检测和定量，同时省去了传统分析方法的繁琐处理步骤。
电化学分析技术在生物检测中的应用
电化学分析技术在生物检测中的应用近年来，随着科技的不断进步，电化学分析技术在生物检测领域中得到了广泛的应用。
电化学分析技术是利用电化学原理和方法来研究物质的电化学性质和进行定量分析的一种方法。
它具有灵敏度高、选择性好、操作简便等优点，因此被广泛应用于生物检测领域。
首先，电化学分析技术在生物检测中的应用主要体现在生物传感器的研究和开发上。
生物传感器是一种能够将生物分子与电化学信号转化为可测量的电信号的装置。
它可以通过检测生物分子的特异性反应，实现对生物样品中目标物质的快速、准确、灵敏的检测。
例如，著名的血糖仪就是一种利用电化学传感器原理来检测血液中葡萄糖浓度的设备。
通过将血液样品与电极接触，利用葡萄糖与酶的反应产生的电流信号来测定血糖浓度，实现了对糖尿病患者的血糖监测。
其次，电化学分析技术在生物检测中的应用还体现在DNA检测和基因测序领域。
DNA是生物体内存储遗传信息的重要分子，对于研究生物学和医学具有重要意义。
电化学分析技术可以通过特定的电极材料和方法，实现对DNA的快速、准确的检测。
例如，利用电化学生物传感器和电化学标记技术，可以实现对DNA序列的检测和测序。
通过将待测DNA与电极表面上的探针进行特异性反应，可以产生特定的电化学信号，从而实现对DNA序列的检测和测序。
此外，电化学分析技术在生物检测中的应用还涉及到蛋白质检测和药物分析等方面。
蛋白质是生物体内重要的功能分子，对于研究生物学和医学具有重要意义。
电化学分析技术可以通过特定的电极材料和方法，实现对蛋白质的检测和分析。
例如，利用电化学生物传感器和电化学标记技术，可以实现对蛋白质的定量检测和结构分析。
同时，电化学分析技术还可以应用于药物分析领域，通过测定药物与电极的电化学反应，实现对药物的定量分析和质量控制。
总之，电化学分析技术在生物检测中的应用具有广泛的前景和应用价值。
它不仅可以实现对生物样品中目标物质的快速、准确、灵敏的检测，还可以用于研究生物分子的结构和功能，为生物学和医学研究提供重要的工具和方法。
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第十二章电化学在生物和医学中的应用第一节生物电化学的研究内容生命现象最基本的过程是电荷运动。
生物电的起因可归结为细胞膜内外两侧的电位差人和动物的代谢作用以及各种生理现象，处处都有电流和电位的变化产生。
人或其它动物的肌肉运动、大脑的信息传递以及细胞膜的结构与功能机制等无不涉及电化学过程的作用。
细胞的代谢作用可以借用电化学中的燃料电池的氧化和还原过程来模拟；生物电池是利用电化学方法模拟细胞功能；生物电化学是在20世纪70年代初由电生物学、生物物理学、生物化学、电生理及电化学等多门学科交叉形成的独立学科，其主要研究内容如下：1．生物分子电化学利用近代电化学技术模拟生物分子在生命活动过程的作用和变化。
生物体内进行的化学反应绝大部分是氧化还原反应，它们本身的电子传递机理及它们所构成的物质和能量代谢链的电子传递机理，正在利用电化学理论和研究技术有效地进行研究。
2．生物电催化生物电催化是研究酶对生物体系中电化学反应催化作用，其研究内容主要有酶的结构和性能；酶促反应机理；酶固定化方法；在电极一电解质界面酶的电化学行为和氧化还原反应机理；酶促反应同电化学反应的关联方法，尤其是酶在固定化电子递体或促进剂的电极上的电催化作用；酶电催化的应用，尤其是酶作为专一性电化学传感器一酶在能源转换和存储中的应用。
3．光合作用光合作用实际上是所有生命过程所需能量的最初来源。
光合作用敏化剂叶绿素分子的激发态，激发态的反应、能量转换过程及模型，初级电荷分离及其后的二级反应，等，都可以利用电化学方法研究，光合作用的各个步骤也可能利用电化学系统来模拟。
4．活组织电化学利用对离子和氧化还原反应敏感的染料作指示剂可以间接测定细菌的电位和离子浓度，以探测细胞中的离子行为。
微生物电化学有重要的应用，例如微生物燃料电池，利用电化学技术杀死微生物以净化水等。
5．生物技术中的电化学技术研制生物电极，包括微电极、酶电极和微生物电极等，研究它们在生物技术、医学和其他领域中的应用。
电化学为电生理学，例如跨膜电位的测定、兴奋细胞的刺激、膜电位的控制、离子电渗疗法、脑电图、肌动电流图、心电图的研究提供了基础。
通过电流流过细胞描摹来修饰细胞，利用电脉冲进行细胞膜打孔、细胞电融合和电打孔基因摄取，这些电生物学技术离不开电化学原理。
第二节生物体的电现象一、脑波、心电和筋电生物电化学已经涉及到不同领域的生物学问题，主要是：①在生物体内进行的绝大部分化学反应都是氧还原反应，例如为生命需要(营养、组织生长、再生、废物排泻)进行的新陈代谢。
②光合作用，包括吸收分子的电子激发过程、膜上产生的电子和质子转移过程和代谢化学反应。
③膜现象几乎完全控制着离子和分子等物质从活细胞外部向内部或反方向的传输，离子有方向性的运动造成了跨膜电位差，调节着一系列的物质运输。
④生物体所需的信息过程几乎都是通过电信号方式发生的，出现一系列电生理现象，包括视觉、动作、痛觉、热刺激、饥饿和干渴感等等。
⑤用一定周期和幅度的适当电脉冲在膜中生成微孔，使物质更容易跨膜转移，有可能实现细胞融合和基因摄取。
⑥生物电化学方法对各种疾病的治疗，涉及生物传感器、燃料电池、人工器脏、电刺激和电麻醉、食品控制、环境保护等多方面的应用。
现在首先了解生物体的电现象及有关的实验技术。
二、细胞膜电位和刺激传递1．微电极两个显著的特点：①电极响应速度相当快(RC<”s)，在扫描伏安测量中，扫描速度高达2×104 V‘。
～，比常规电极快3个数量级。
②极化电流甚微，一般为毫微安(，甚至可低到微微安(pA)的数量级；欧姆电位降很小，故可采用双电极体系(研究电极和参比电极一兼作辅助电极)，不仅简化了实验方法及实验设备，而且提高了测量系统的信噪比。
微电极技术已在生物电化学、金属电结晶、快速电极过程动力学、电分析化学、能源电化学、光谱电化学等领域中得到应用。
2. 细胞膜的静电位和电刺激时的电位变化可兴奋的细胞膜是被一层原生质膜所包围着的，这层膜的主要功能是控制物质进入或排出细胞，膜厚约7．5衄。
原生质膜中的一种重要组分是类脂体，当蛋白质嵌入膜内后形成通道，允许细胞内外的离子交换。
第三节伏安法在生物和医学中的应用一、伏安法研究生物体物质的电极反应伏安法在生物电化学中有许多应用，例如对有生物学意义的有机物质和生物多聚体的分析和物理化学表征，研究药物代谢及效果，研究酶氧化还原反应和光氧化还原反应，对药物和食品的监控等等。
1．有关核酸的电化学在生物体系中控制遗传信息的物质是核酸，核酸的基本组成单位是核苷酸。
含氮的杂环化合物嘌呤或嘧啶衍生物的碱基物质(如腺嘌呤、胞嘧啶)同糖结合而成核苷，再经磷酸脂化就得到核苷酸。
腺嘌呤磷酸脂(—a岣)对于糖类细胞代谢和器官的伴随功能非常重要，例如肌肉收缩、心血管系统、肾上腺皮质中激素的产生等。
因此研究核苷酸中电活性部分，即碱基腺嘌呤还原的电极过程是极其重要的。
碱基腺嘌呤在汞电极上还原时，必须预先质子化，因此溶液的pH必须低于7。
电极过程的第一步是其嘧啶环中的双键获得2个电子和l个质子，这一步是控制步骤；随后再得到2个电子和2个质子。
以后的脱氨基很慢，只有在相当长的电解时间内，脱氨基才能充分进行，再取得2个电子和质子。
2．金属蛋白质的电极反应在生物体内含有金属离子的蛋白质种类很多，以铁络合物为氧化还原中心的血红(素)蛋白质就是其中一类。
已知在血液中有输送氧的血色蛋白，贮存氧的肌红蛋白，以及在呼吸过程中起到电子传递作用的细胞色素C。
这些金属蛋白质因其氧化还原的活性中心被大蛋白质包围，故在电极上很少有直接的电化学响应。
但近年来采用功能性电极，容易测量循环伏安曲线。
例如，在生物体细胞内线粒体膜上的呼吸链产生能量过程(从氧化的二磷酸腺苷(ADP)转变成三磷酸腺苷(ATP))中，传递电子的细胞色素c在修饰了PySSPy电极上，在中性磷酸溶液中的循环伏安曲线基本上是可逆的。
从溶液中共存离子的种类、pH值、温度对E"的影响还可获得有关金属蛋白质构造变化的信息和热力学数据。
二、溶出伏安法在医学中的应用三、溶出伏安法在食品中的应用第四节生物电化学传感器一、电化学传感器简介电化学传感器是把非电参数变为电参数的装置，根据检测方法可分为电位传感器、安培/库仑传感器、伏安传感器和电导传感器。
二、生物电化学传感器的原理和器件生物电化学传感器的出现不仅为临床检验、环境分析以及食品、医药等工业生产过程的监控提供了新的工具，而且促进了生物电催化和生物燃料电池研究的开展生物电化学传感器的构造分为两部分：①感受器，由具有分子识别本领的生物物质，如酶、微生物、动植物组织切片、抗体或抗原等组成。
②信号转换部分，称为基础电极或内敏感器，这是一个电化学检测元件。
例如葡萄糖电极就是由固定化的葡萄糖氧化酶膜贴在铂电极上而构成的。
由固定化的生物材料与适当的换能器密切接触而构成的分析工具称为生物传感器，换能器可将生物信号转换成定量的电信号或光信号；如果换成电信号，则是生物电化学传感器。
生物物质的分子识别与下列两种反应密切相关。
①酶促反应：酶是生化反应的高效催化剂，具有高度的专一性。
在反应过程中酶与底物形成了酶一底物复合物，此时酶的构象对底物分子显示识别本领。
②免疫反应：此乃抗体(Ab)与相应抗原(Ag)的反应，Ag+ Ab=AgAb。
抗原是由外界入侵到体内的异物，而抗体是该异物入侵后体内生成的一种蛋白质。
抗体与抗原形成复合物，起着控制抗原的作用，即显示出对抗原的分子识别。
通常酶只对低分子量物质有识别能力，而抗体则对高分子量物质有很强的识别能力，即使是微小的结构差异也能作出明确判断。
制作生物传感器，必须把生物物质固定化。
固定化目的在于使酶等物质在保持固有性能的前提下处于不易脱落的状态，以便同基础电极组装在一起。
固定化方法很多，在酶传感器制作中常用的方法有：①包埋法，将酶包裹在聚合物凝胶或半透膜内；②交联法，利用戊二醛等一些含有多个基团的试剂使酶分子之间以化学结合方式连接起来；③载体结合法，采用物理吸附法、离子结合法和共价结合法等方法，将酶固定在载体(膜或电极) 表面上。
微生物抗体或抗原的固定化，虽然具体操作条件与酶的固定化不尽相同，但原理很相似。
例如，微生物的固定化常用吸附法和包埋法。
三、酶传感器、微生物传感器、组织传感器和免疫传感器1．酶传感器酶传感器是目前研究最广并部分实用化的生物传感器。
酶电极的工作过程如图l2．11所示。
底物S 在被检测过程中经历如下步骤：①s由溶液传输到传感器表面；②S在酶层与溶液相中进行分配；③S 在酶层中传输与反应；④产物P传输到基础电极上被检测。
酶(E)反应遵从Michaelis—Menten动力学。
提高离子选择电极的电极性能措施：极性能，主要措施有：①利用多酶体系；②采用固定化底物电极；③开发脱氢酶电极；④用电流法检测水解酶电极；⑤用电子传递中间体代替氧进行酶反应；⑥酶的电化学固定化。
2．微生物传感器微生物传感器的识别部分是由固定化微生物构成的。
设计这类传感器的原因在于：①微生物细胞内含有能使从外部摄取的物质进行代谢的酶体系，可避免使用价格较高的分离酶。
况且，有些微生物的酶体系的功能是单种酶所没有的。
②微生物能够繁殖生长，或者可在营养液中再生，故能长时间保持生物催化剂的活性。
微生物电极与酶电极结构很相似。
与酶电极相比，微生物电极的稳定性一般较好，使用寿命较长，且灵敏度不亚于前者，但是响应速度较慢。
表l2．4列出一些微生物传感器。
3．组织传感器组织传感器是将哺乳动物或植物的组织切片作为感受器的。
由于组织是生物体的局部，组织细胞内的品种可能少于作为生命体的微生物细胞内的酶品种，因此组织传感器可望有较高的选择性。
组织传感器的典型例子之一是ATP测定用的电极，它是用单丝尼龙网将0．5 InITl厚的兔肌肉切片固定在氨气敏电极上而构成的。
据称其选择性比纯酶制成的酶传感器好。
用组织切片制作的传感器还有许多种，例如用猪肝切片和NH3气敏电极构成谷酰胺传感器，用牛肝切片和O2电极构成过氧化氢传感器，用玉米芯、刀豆肉、香蕉肉切片分别制作丙酮酸、尿素、多巴胺传感器。
’有些组织传感器不是基于酶反应，而是基于膜传输性质。
例如将蟾蜍襄状物贴在Na+离子选择玻璃电极上，可用于测定抗利尿激素。
其原理是该激素会打开组织材料的Na+通道，以致Net+能够穿过膜而达到玻璃电极表面，而Na+的流量与激素的浓度有关。
4．免疫传感器免疫传感器是基于免疫化学反应的传感器。
抗体对抗原的选择亲合性与酶对底物的选择亲合性有很大的差别。
酶与底物形成复合体的寿命很短，只存在于底物转变为产物的过渡状态中，但抗体一抗原复合体非常稳定，难于分离。
此外抗体一抗原反应不能直接提供电化学检测可利用的效应。
免疫传感器可分为如下三类：①非标志电极：抗体(或抗原)被固定在膜或电极表面上，当发生免疫反应后，抗体与抗原形成的复合体改变了膜或电极的物理性质，从而引起膜电位或电极电位的变化。