生物传感器作业第一次
生物传感器技术的使用教程
生物传感器技术的使用教程生物传感器技术是一种将生物体的生理状态、化学成分或环境因素转化为可测量信号的技术。
它广泛应用于医疗、环境监测、食品安全等领域，帮助人们实时监测并处理相关问题。
本文将详细介绍生物传感器技术的原理、分类以及使用方法，以帮助读者更好地理解和应用该技术。
一、生物传感器技术的原理生物传感器技术基于生物体与传感器之间的相互作用，需要了解生物体的生理活动、代谢产物等。
传感器将生物信息转化为电信号或光信号，并通过数据处理和输出来实现监测和分析。
生物传感器技术的原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 生物识别：生物传感器首先识别目标分析物或生物体，例如通过分子识别或特定结构的配体与分析物结合。
2. 转换过程：通过生物体与传感器的相互作用，目标分析物或生物体的信息转化为电信号或光信号。
这通常涉及到某种生物反应，例如酶催化、抗体结合等，将生物信息转化为可测量的信号。
3. 信号检测：将转换后的信号进行检测和测量，通常使用电化学、光学或电子学技术。
这些技术可实时记录和定量分析生物体的信息，从而提供数据支持。
4. 数据处理和输出：通过数据分析和处理，将测得的信号转化为人们可以理解的数据形式，例如浓度、活性等。
这些数据可以进一步用于监测、分析或决策。
二、生物传感器技术的分类根据不同的转换过程和应用领域，生物传感器技术可分为多种类型。
以下是几种常见的分类：1. 酶传感器：利用酶与分析物之间的反应进行检测，广泛应用于医疗领域、环境监测等。
例如，血糖仪就是一种酶传感器，通过检测血液中的葡萄糖浓度来帮助糖尿病患者管理血糖水平。
2. 抗体传感器：针对特定目标分析物制备的抗体与目标分析物结合，通过检测结合事件来实现分析。
这种传感器常应用于医学诊断、食品安全等领域。
3. DNA传感器：基于DNA分子的识别和特异性配对作用。
DNA传感器可以用于检测基因突变、细菌感染等，对于疾病的早期诊断和基因工程领域有重要应用。
4. 免疫传感器：通过利用免疫反应进行分析和检测。
生物传感器
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华东 台湾
华中
华南
生物传感器在全国应用地理分布
（一）生物传感器在发酵 工业应用
1、发酵中葡萄糖测定
★过去用还原糖方法只能近似地估计葡萄 糖的变化； ★现在提供了快速而准确的固定化酶的测 定方法； ★发酵中可根据糖消耗确定微生物的生长 速率，随时与产物的产生一起估算转化率， 确定补料效果和及时判断发酵结束的时间。
二、吸取样品后
准确地吸取25微 升(错一格的误 差是4%!)标准液 或稀释好的样品 后，要用吸水纸 擦拭掉针尖外多 余的样品(滤纸 包住针体，快速 下抹， 注意不要碰到针 尖，以防吸出针 管内的液体)
三、进样
把进样针针尖 对准仪器面板 中部的反应池 顶部的进样帽 的中间，完全 插入进样针后， 要迅速地把样 品完全推入反 应池内，然后 拔出进样针。 进样操作有一 个熟练过程。
生物传感器20多年来发展迅速, 在食品工业、环境监测、发酵工
业、医学等方面得到了高度重视
和广泛应用。
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东北
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西部
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德国研发的环境废水BOD分析仪
手掌型葡萄糖(glucose)分析仪
二、生物传感器的基本 概念
生物传感器是由固定化的具 有分子识别功能的生物材料、
换能器和信号处理放大装置
生物医学工程中的生物传感器使用方法与注意事项
生物医学工程中的生物传感器使用方法与注意事项生物传感器在生物医学工程领域中扮演着重要的角色，其能够检测和测量生物体内的分子、细胞和生理参数。
通过准确捕获和分析这些信息，生物传感器可以用于诊断疾病、监测治疗进展以及评估药物疗效。
本文将介绍生物医学工程中常见的生物传感器使用方法，并提供一些注意事项，以帮助读者更好地应用于实践中。
一、生物传感器使用方法1. 设计与制备：生物传感器的设计和制备是整个过程的首要步骤。
这包括选择合适的生物识别分子（如抗体、DNA或酶等）、选择合适的信号转换元件（如电化学、光学或生物光子学）以及设计检测系统的合适表面结构。
此外，选择合适的材料和制备方法也是至关重要的。
2. 样品处理：在使用生物传感器之前，样品需要经过适当的处理。
这可能包括样品的预处理、浓缩、分离和纯化等步骤。
对于不同类型的样品，可能需要不同的处理方法。
因此，在使用生物传感器之前，确保样品处理步骤符合实验要求，以确保最佳测试结果。
3. 传感器激活：在使用生物传感器之前，确保传感器已经激活。
这通常包括对传感器的初始化、校准和定标。
传感器激活是确保传感器在后续实验中能够准确和可靠地工作的关键步骤。
4. 数据采集与分析：根据生物传感器的类型和工作原理，选择合适的数据采集方法，例如电压、电流、光强等。
同时，选择合适的数据分析算法，以从原始数据中提取有用的信息。
确保数据采集仪器和分析软件的准确性和可靠性，并根据实际需要进行数据处理。
5. 结果解释：根据实验目的和测试结果，进行结果解释。
在解释结果时，需要考虑实验的条件、样品的特性、传感器的灵敏度和选择性等因素，并将实验结果与相应的标准参考值进行比较。
同时，对结果的可靠性和实际应用进行评估。
二、注意事项1. 实验安全与规范：在进行生物传感器实验时，遵守实验室安全和操作规范是必不可少的。
确保正确使用和处理化学试剂、生物材料和实验设备，并遵守相关的操作规程和标准。
此外，定期检查和维护实验设备，确保其正常和可靠的工作。
生物传感器部分作业题
1、从文献Biosensors and Bioelectronics 111 (2018) 18–26中选择一种航天医学保障中的生物传感器技术，并详细阐述其检测原理。
答：基于抗体的生物传感器技术一、ELISA的基本原理它采用抗原与抗体的特异反应将待测物与酶连接，然后通过酶与底物产生颜色反应，用于定量测定。
测定的对象可以是抗体也可以是抗原。
在这种测定方法中有3种必要是试剂：①固相的抗原或抗体（免疫吸附剂）；②酶标记的抗原或抗体（标记物）；③酶作用的底物。
测量时，抗原（抗体）先结合在固相载体上，但仍保留其免疫活性。
然后，加一种抗体（抗原）与酶结合成的偶联物（标记物），此偶联物仍保留其原免疫活性与酶活性。
当偶联物与固相载体上的抗原（抗体）反应结合后，在加上酶的相应底物，即起催化水解或氧化还原反应而呈颜色。
颜色反应的深浅与相应的抗体或抗原量成正比，因此可借助于颜色反应的深浅来定量抗体或抗原。
这种有色产物可用肉眼、光学显微镜、电子显微镜观察，也可以用分光光度计（酶标仪）加以测定。
这种方法简单，方便迅速，特异性强。
二、免疫传感器抗体，是由机体B淋巴细胞和血浆细胞分泌产生，可对外界（非自身）物质产生反应的一种血清蛋白。
外界物质因其能引发机体免疫反应，故称为免疫原，即抗原。
由于具有高的亲和常数和低的交叉反应，抗原抗体反应被认为有很强的特异性。
免疫传感器的基本原理是免疫反应，它利用固定化抗体（或抗原）与其相应的抗原（或抗体）发生的特异性结合，使其传感器上生化敏感膜的特性发生变化。
1.电化学免疫传感器电化学免疫传感器是由免疫分子识别系统和电化学转换器组合而成。
是一种将电化学分析方法与免疫学技术相结合，利用抗原/抗体作为分子识别元件，与电化学传感元件直接接触，并通过传感元件把某种或某类待测物质的浓度信号转变为相应的电信号的生物传感器类型。
（1）直接型（非标记型）将抗原/抗体固定在电极表面或膜上，当抗体/抗原与之结合后，原有的模电荷密度将发生改变，从而引起莫得Donnan电位和离子迁移的变化，最终导致膜电位改变。
浙江大学生物传感器实验报告
实验报告生物传感器与测试技术课程名称生物传感器与测试技术姓名徐梦浙学号3120100203专业生物系统工程指导老师王建平/叶尊忠一热电偶传感器实验一、实验目的：了解热电偶测量温度的原理和调理电路，熟悉调理电路工作方式。
二、实验内容：本实验主要学习以下几方面的内容1. 了解热电偶特性曲线；2．观察采集到的热信号的实时变化情况。
3. 熟悉热电偶类传感器调理电路。
三、实验仪器、设备和材料：所需仪器四、myDAQ、myboard、nextsense01热电偶实验模块、万用表注意事项五、在插拔实验模块时，尽量做到垂直插拔，避免因为插拔不当而引起的接插件插针弯曲，影响模块使用。
六、禁止弯折实验模块表面插针，防止焊锡脱落而影响使用。
七、更换模块或插槽前应关闭平台电源。
八、开始实验前，认真检查热电偶的连接，避免连接错误而导致的输出电压超量程，否则会损坏数据采集卡。
九、本实验仪采用的电偶为K型热电偶和J型热电偶。
十、实验原理：热电偶是一种半导体感温元件，它是利用半导体的电阻值随温度变化而显著变化的特性实现测温。
热电偶传感器的工作原理热电偶是一种使用最多的温度传感器，它的原理是基于1821年发现的塞贝克效应，即两种不同的导体或半导体A或B组成一个回路，其两端相互连接，只要两节点处的温度不同，一端温度为T，另一端温度为T0，则回路中就有电流产生，见图50-1（a），即回路中存在电动势，该电动势被称为热电势。
图50-1（a）图50-1（b）两种不同导体或半导体的组合被称为热电偶。
当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势E T，其极性和量值与回路中的热电势一致，见图50-1（b），并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B为负极。
实验表明，当E T较小时，热电势E T与温度差（T-T0）成正比十一、实验步骤：十二、关闭平台电源（myboard），插上热电偶实验模块。
开启平台电源，此时可以看到模块左上角电源指示灯亮。
生物医学传感生物传感器文稿演示
本世纪：纳米技术和生物传感技术的结合
年代 上世纪
60
上世纪 70
特点 生物传感器初期
发展时期
研究内容
酶电极 微生物传感器，免疫传 感器，细胞类脂质传感 器，组织传感器，生物
酶 (Enzyme) 抗体(Antibody)
DNA
具有高度的选择性和敏感性
几种主要的生物活性材料及反应 A、酶及酶促反应 B、抗原与抗体及免疫反应 C、微生物及微生物反应 D、受体及受体配体结合反应
生物敏感膜按所选材料不同分类：
生物敏感膜
酶膜 全细胞膜 组织膜 细胞器膜 免疫功能膜
生物活性材料
作用：当待测物与分子识别元件特异性结合后， 所产生的复合物通过信号转换器转变为可输出的电信 号、光信号等。
主要有：电化学电极、光学检测元件、场效应 晶体管、压电石英晶体、表面等离子共振等。
转换器转为电信号的方式：
❖ 将化学变化转变成电信号（间接型） ❖ 将热变化转换为电信号（间接型） ❖ 将光效应转变为电信号（间接型） ❖ 直按产生电信号方式（直接型）
德国研发的环境废水BOD分析仪
手掌型葡萄糖(glucose)分析仪
SBA-50型单电极生物传感分析仪-乳酸分析仪
SBA-60型生物传感在线分析系统，为发酵自动 控制提供了新的基础平台
发酵罐
主机 计算机
SBA-70型血糖乳酸自动分析仪
在我国发酵工厂普及应用的SBA-40型 谷氨酸-葡萄糖双功能分析仪
第三代生物传感器是把生物成分直接固定在电子元件上， 例如FET的栅极上，它可直接感知和放大界面物质的变 化，从而将生物识别和电信号处理集合在一起。这种放 大器可采用差分方式以消除干扰。
生物传感器技术的使用方法与生物医学应用
生物传感器技术的使用方法与生物医学应用引言：生物传感器技术是一种将生物材料与传感器技术相结合的新兴领域，通过对生物体内外信息的检测和分析，实现对微量生物分子或生物活性物质的灵敏、快速、准确检测。
生物传感器技术在生物医学应用领域中具有广泛的潜力，可用于疾病诊断、药物筛选、基因检测等各方面。
一、生物传感器技术的使用方法1. 电化学生物传感器电化学生物传感器是最常见的一种生物传感器技术，基于电流、电压等电化学信号来检测生物分子。
其基本构成包括电极、生物识别元件和信号转换器。
常用的电化学生物传感器包括葡萄糖传感器、DNA传感器等。
2. 光学生物传感器光学生物传感器利用光的吸收、散射、发射等性质进行生物分子检测。
常用的光学生物传感器有荧光传感器、表面等离子共振传感器等。
光学传感器具有灵敏度高、分辨率高、实时性好等优点。
3. 声学生物传感器声学生物传感器利用声学信号进行生物分子检测。
常用的声学生物传感器有声表面波传感器、压电谐振子等。
声学传感器可实现无标记检测，具有灵敏度高、可重复使用等优势。
4. 纳米生物传感器纳米生物传感器是一种新兴的生物传感器技术，利用纳米材料的特性进行生物分子的检测。
纳米生物传感器具有灵敏度高、响应速度快、尺寸小等优势。
常用的纳米生物传感器包括量子点传感器、纳米线传感器等。
二、生物传感器技术在生物医学应用中的优势1. 疾病诊断生物传感器技术可以实现对疾病标志物的检测与分析，为临床疾病的早期诊断提供了有效手段。
例如，利用葡萄糖传感器可以进行糖尿病患者的血糖监测，提高糖尿病的管理水平。
2. 药物筛选生物传感器技术可以用于药物的快速筛选和毒性评估，为新药研发提供了有效工具。
通过与生物分子的相互作用，可以评估药物的效果和毒性，并优化药物设计。
3. 基因检测生物传感器技术可以实现对基因组的检测与分析，包括基因突变、基因表达等。
通过基因检测，可以帮助临床医生确定治疗方案，同时为个性化医疗提供依据。
物理实验技术中的生物传感器使用技巧
物理实验技术中的生物传感器使用技巧在现代科学中，物理实验技术扮演了一个重要的角色，它们能够帮助科学家们深入研究各种领域的现象和实验。
而生物传感器作为一种重要的工具，在生物学和医学领域中也发挥着关键作用。
本文将探讨物理实验技术中的生物传感器使用技巧，通过介绍相关实验方法和装置，以及实验过程中需要注意的要点，帮助读者更好地理解和运用生物传感器。
一、生物传感器概述生物传感器是一种能够将生物分子相互作用转化为可测量信号的设备。
它们通常由探测器、转换器和输出器三部分组成。
探测器用于识别和捕获目标分子，转换器将生物信号转化为物理信号，输出器则将信号转化为可读取的数据。
生物传感器在生物医学研究、临床诊断、环境监测等领域中得到了广泛的应用。
二、生物传感器的实验方法1. 光学传感方法光学传感方法是一种常见的生物传感器实验方法。
通过测量目标物质与光的相互作用，如吸收、散射或荧光发射等，来获得目标分子的信息。
常见的光学传感方法包括吸收光谱法、荧光光谱法、拉曼光谱法等。
这些方法具有操作简便、实时监测的优势，特别适用于生物分子的分析和检测。
2. 电化学传感方法电化学传感方法是利用电化学反应来测量目标物质的分析方法。
常见的电化学传感方法包括电位法、电流法、交流阻抗法等。
这些方法以其高灵敏度、选择性和实时监测的能力在生物传感领域得到广泛的应用。
在使用电化学传感方法测量生物分子时，需要注意选择合适的电极材料和实验条件，以提高传感器的性能和响应特性。
三、生物传感器实验装置在进行物理实验技术中的生物传感器实验时，合适的实验装置能够提高实验效果和准确度。
1. 光谱仪光谱仪是一种常用的实验装置，可用于测量物质与光的相互作用所产生的吸收、散射或发射信号。
合理选择光谱仪的波长范围和分辨率，并进行标定和校准，可以保证实验数据的准确性和可靠性。
2. 电化学工作站电化学工作站是用于进行电化学实验的装置，包括电极、电源和测量电路等。
在选择电化学工作站时，需要根据实验的具体要求选择合适的电极材料和设计合适的电路，以确保实验的可重复性和准确性。
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1.什么是生物传感器?主要由哪几部分组成,分别有什么功能.
答：
生物传感器：用生物质作为敏感元件的一种传感器。
主要部件：生物敏感膜（或称作分子识别原件）和换能器
生物敏感膜是生物传感器的关键元件，直接决定传感器的功能和质量
换能器的作用是将各种生物的、化学的和物理的信息转化成电信号
2.什么是酶联免疫测定法?描述其两种检测方法,可画图说明.并举一两个例子。
答：
所谓酶联免疫测定法是指用酶促反应的放大作用来显示初级免疫学反应。
主要有：
一、夹心法，多用于检测大分子物质，其操作步骤如下：
（1）将特异性抗体与固相载体连接，形成固相抗体：洗涤除去未结合的抗体及杂质。
（2）加受检标本：使之与固相抗体接触反应一段时间，让标本中的抗原与同相载体上的抗体结合，形成固相抗原复合物。
洗涤除去其他未结合的物质。
（3）加酶标抗体：使同相免疫复合物上的抗原与酶标抗体结合。
彻底洗涤未结合的酶标抗体。
此时固相载体上带有的酶量与标本中受检物质的量正相关。
（4）加底物：酶催化底物成为有色产物。
根据颜色反应的程度进行该抗原的定性或定量。
举例：（1）应用双抗体夹心法可检测人体中的免疫球蛋白D的含量；（2）应用双抗体夹心法检测患者血清中的抗环瓜氨酸肽抗体的含量。
二、竞争法，多用于小分子或半抗原的检测，操作步骤如下：
（1）将特异抗体与固相载体连接，形成固相抗体，洗涤。
（2）待测管中加受检标本和一定量酶标抗原的混合溶液，使之与固相抗体反应。
如受检标本中无抗原，则酶标抗原能顺利地与固相抗体结合。
如受检标本中含有抗原，则与酶标抗原以同样的机会与固相抗体结合，竞争性地占去了酶标抗原与固相载体结合的机会，使酶标抗原与固相载体的结合量减少。
参考管中只加酶标抗原，保温后，酶标抗原与同相抗体的结合可达最充分的量。
洗涤。
（3）加底物显色：参考管中由于结合的酶标抗原最多，故颜色最深，参考管颜色深度与待测管颜色深度之差，代表受检标本抗原的量。
待测管颜色越淡，表于标本中抗原含量越多。
图示如下：
举例：（1）利用竞争法检测乙型肝炎病毒核心抗体的影响因素；（2）利用竞争法检测蓝舌病抗体的含量。
3. DNA的三级结构？
答：
一级结构：脱氧核苷酸在长链上的排列顺序
二级结构：双螺旋链（碱基配对原则）
三级结构：超螺旋结构
4.生物敏感元件的固定化方法有哪几种?分别有什么特点.酶和DNA分别常用哪几种固定方法.
答：
(1)生物敏感元件常用固定方法有：夹心法、包埋法、吸附法、共价结合法、交联法、微胶囊法
(2)各方法的特点：
夹心法：操作简单，不需要化学处理，固定生物量大，响应速度快，重现性好，
适用于微生物和组织膜的制作。
包埋法：不产生化学修饰，能够保持生物分子的活性，膜的孔径和几何形状可任意控制，被包埋的物质不易泄露，分子可以在膜中扩散；但是，分子量较大的分子在膜中扩散困难。
吸附法：方法简单、温和，但是容易脱落。
共价键合法：生物活性分子与载体之间的结合牢固，使蛋白质分子不易脱落，载体不易降解，寿命长；该法操作步骤多，酶的活性受影响，所以制备具有高活性的固定化酶比较困难。
交联法：该法操作简单、结合牢固；交联过程必须严格控制pH，交联剂浓度也比较重要。
微胶囊法：它是主要采用脂质体来包埋生物活性材料或指示分子的一种方法，该法受到脂质体制剂的俘获容积与包覆效率的制约，且形成稳定微胶囊的体系不是很多。
(3)酶的固定化方法常用的有：吸附法、化学交联法、共价结合法、物理包埋法、自组装技术。
DNA的固定化方法常用的有：吸附法、多聚物包埋法、共价结合法、亲和法、组分混合法、直接自组装技术与间接自组装技术。
5. NH3电极属于第一代生物传感器的哪种基础电极,说明其作用原理.
答：
NH3电极属于电位型电极中的气敏电极。
其作用原理为：
样品溶液中NH3经扩散穿过透气膜，溶于内充电解质溶液（0.1mol/LNH4Cl）：
NH3+H20→NH4++OH-
根据质量作用定律，平衡常数K=[NH4+][OH-]/[NH3]
由于内充液中[NH4+]>>△[NH4+]，故[NH4+]可视为常数，于是：[OH-]=K[NH3]
根据能斯特方程，pH玻璃电极相应的电极电位为：
E=E0+2.3RT/Flg[H+]=E0-2.3RT/Flg[OH-]
于是有E=E0-2.3RT/Flg[NH3]
6. 分析裸电极上Fe(CN)63－/4－的循环伏安曲线，并指出由其能得到什么信息。
答：
在扫描过程中裸电极上Fe(CN)63－/4－发生如下可逆反应：
[Fe(CN)6]4-[Fe(CN)6]3-
在正向扫描过程中当扫描电压尚未达到[Fe(CN)6]4-的氧化电位时，溶液中仍有电流通过，这是由于电解质溶液的导电作用产生了背景电流，随着扫描电位的增大，它逐渐达到了[Fe(CN)6]4-的氧化电位，[Fe(CN)6]4-被氧化生成[Fe(CN)6]3-，此时的氧化电流达到一个最大值，之后电流会减小，这是由于电极附近的离子浓度减小而溶液本体中的离子又来不及扩散至电极表面所致；负向扫描时，从转折电位变化到起始电位期间，与正向扫描的过程相反。
从循环伏安图中可以确定氧化峰电流i pa和还原峰电流i pc，氧化峰峰电位φpa和还原峰峰电位φpc的数值。
对于可逆体系有：
（1）i pa /i pc ≈1；
（2）△φ=φpa —φpc =0.058/Z（V）；
同时峰电位不随扫速的改变而改变。
这可以作为判断电极可逆性的依据。