2013化学与生物传感器复习重点

将生物活性材料封闭在双层滤膜之间,形象地称为夹心法. 特点: 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制作
2）吸附法：
经非水溶性载体物理吸附或离子结合作用使生物敏感材料固定，称为吸附法. 吸附的作用力: 氢键 范德华力 离子键 配位键 疏水作用力 吸附的牢固程度与溶液的 pH、离子强度、温度、溶剂性质和种类以及吸附物的浓 度有关。 优点： 吸附法方法简单，操作条件温和，对生物分子活性影响较小。 缺点： 结合力较弱、稳定性差，易于发生脱附作用，进而导致重现性差和灵敏度低。

又
- -

0.0592 [氧化剂] lg n [还原剂]
电极电势， 为标准电极电势（查表可得）
第五章 电化学传感器（不作重点内容） 电位型化学传感器 电流型化学传感器
第六章 电化学生物传感器
1、电化学生物传感器 基本原理：
将生物特异性试剂固定在传感元件如电极的界面， 在发生相应的生化反应之后会产生一个与 被测物质浓度有关的信号，进一步利用电化学的方法对该信号进行测量。
特点：
高效、专一、简便、快速、灵敏度高、选择性好、响应快、操作简便、样品用量少、易于微 型化、价格低廉
例如：
电流型生物传感器是通过改变外加激励电压测量响应电流，利用电流与浓度的关系从
而求解待测物质浓度的一类电化学传感器。
2、电流型酶传感器
第一代：经典酶电极
酶传感器
第二代：媒介体酶电极
第三代：直接酶电极 固定化酶和电化学传感器的结合。
敏感元件由基体材料、成膜材料和敏感功能材料三部分组成：
基体材料是敏感元件的载体， 敏感功能材料固定在基体材料的表面， 它对传感器的寿命 和使用方式产生较大的影响，并且能够发挥敏感功能材料的作用。 成膜材料是用于固定敏感功能材料的物质，它具有良好的成膜性，可以形成一个传感界 面； 同时具有一定的刚性和柔韧性， 能够支持敏感功能材料使其牢固地固定在基体材料的表 面；它还必须具有一定的物理或化学作用力，进而增加敏感元件的稳定性。 敏感功能材料是传感器的核心组成，它能够直接感受被测对象的非电量信息部分，然后 通过转换器转换成合适的电化学信号。它必须具有光、电、热电、压电、电化学等不同方式 的转换功能。
优点：
① 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 酶的专一反应性，使其具有较高的选择性，能够直接在复杂试样中进行测定。
3、葡萄糖检测原理
根据反应中消耗的 O2、生成的葡萄糖酸和 H2O2 的量，可以用氧电极、pH 电极和 H2O2 电极来测定葡萄糖的含量。
第七章 光化学与生物传感器 1、概念
化学与生物传感器复习重点
第一章 绪论 1、定义
传感器：是指一些能把光、声、力、温度、磁感应强度、化学作用和生物效应等非电学量转 化为电学量或转换为具有调控功能的元器件。
2、基本构成
传感器通常由敏感元件（感受器）和转换元件（换能器）组合而成。
3、工作原理
换 生 物 敏 感膜
能
待分析物
化学量或 物理量变化
第四章 换能器 1、电化学基础
原电池：
经典模型：锌铜原电池 正极：Cu2+ (aq)十 2e→Cu(s)， 负极：Zn(s)一 2e→Zn2+(aq) 总反应为：Zn(s)+Cu2+(aq)→Zn2+(aq)+Cu(s) 概念：氧化值：指某元素的一个原子的荷电数 氧化还原半反应 氧化还原电对：如 Cu2+ / Cu 还原电对 ， Zn/ Zn2+ 氧化电对 盐桥：通常为加琼脂的饱和 KCl 溶液 表示法： (–) M1 | M1n+(c1) || M2K+(c2) | M2 (+) 其中“|”表示界面, “||” 表示盐桥
5）交联法
此法借助双功能试剂使生物分子结合到惰性载体并彼此交联成三维网状结构. 特点 优点：操作简单、结合牢固、在酶源较困难时常常需要加入数倍于酶的惰性蛋白质作 为基质。 缺点：严格控制 pH，交联剂浓度也比较重要
6）微胶囊法
微胶囊法主要采用脂质体(liposome)来包埋生物活性材料或指示分子。 脂质体是由 脂质双分子层组成的内部为水相的闭合囊泡. 直径一般为 1-100 μm。
如果在两介质之间的界面上镀上一层很薄的金属膜（约为 50nm） ，当一束单频偏振光 以大于临界角的角度入射时， 在其频率与金属表面振荡的等离子频率一致时， 金属表面的等 离子就吸收入射光的能量发生共振，即表面等离子共振。 现象： 入射光被自由电子吸收， 全反射条件被破坏， 呈现衰减全反射现象。 从宏观上看， 反射光光强急剧下降，这就是表面等离子共振。
2、生物敏感材料的固定化
固定化的主要目的是将酶等生物敏感材料限制在一定的空间,但又不妨碍被分析物的自由扩
散.与游离相生物材料相比,固相生物材料具有一系列优点: 1)热稳定性提高 2)可重复使用 3）生物材料用量少 4)不需要在反应后进行催化物质与反应物质的分离 5)可以根据已知的半衰期(half-life)确定传感器膜的寿命等.
DNA 的复性或退火（annealing） ：
变性的 DNA 在缓慢降低温度恢复原始的双螺旋结构的过程。
核酸分子杂交：
两条单链 DNA 分子经退火形成双链 DNA 的现象叫核酸分子杂交。核酸分子杂交不仅可以 在两条互补的 DNA 链间进行，也可以在互补的 DNA 和 RNA 直接进行。
第三章 敏感膜与敏感元件 1、敏感元件的构成及材料
酶促反应 酶标记抗体 固定抗体 待检抗原 E E 底物 E
检 测
竞争法产生的信号强度与结合在固相上的酶标抗体量成正比例关系,与样品中的抗原量 成反比关系.主要用于测定小分子抗原.
2、核酸分子探针
DNA 的变性（denaturation） ：
双链 DNA 在加热或碱的存在下解离成两条单链 DNA 的过程。 热变性中 DNA 解链一半时的 温度叫变性温度 Tm。
可定量加工 的电信号
器
4、生物传感器主要特点
多样性、专一性强、无试剂分析、操作简单、可重复性使用
5、生物传感器的常见性能指标
1.灵敏度（sensitivity） 2.选择性（selectivity） 3.检测极限（detection limit or limit of detection） 4.检测范围或线性区间（linear range or dynamic range） 5.响应时间（response time, T95） 即从开始响应到信号达到最大强度的 95%所需时间
4）共价结合法 使生物活性分子通过共价键与不溶性载体结合而固定的方法
酶与载体共价键合方式： 与载体直接反应连接 通过同源双功能试剂与载体连接 通过异源双功能试剂与载体连接后再与载体反应连接 酶与载体之间的共价结合方式，主要有重氮法、肽键法、烷化法等 共价结合的特点 优点：结合牢固、蛋白质分子不易脱落、载体不易降解、寿命长 缺点：操作步骤多、酶活性受影响，所以制备具有高活性的固定化酶比较困难。
位，比标准氢电极的电极电位高的为正，反之为负。 例 1： Pt | H2(101325 Pa ), H+(1 mol/L) || Ag2+(1 mol/L)|Ag 电位差：+0.799 V； 银电极的标准电极电位：+0.799 V。
注：
φ值越大，电对中氧化型物质的氧化能力越强，还原剂的还原能力越弱； （一般说的电对 指还原电对） φ值越小，电对中还原型物质的还原能力越强，氧化剂的氧化能力越弱； 例： φθ(Zn2+/Zn)= – 0.763V 所以 氧化性 Cu2+ >Zn2+ φθ(Cu2+/Cu)=0.342V 还原性 Zn > Cu
2、朗伯比耳定律
A＝lg（I0/It)= εb c 式中 A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； b：液层厚度(光程长度)，通常以 cm 为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位 mol·L－１； ε：摩尔吸光系数，单位 L·mol－１·cm－１
3、光纤化学传感器
光纤化学传感器(fiber optic chemical sensor, FOCS)一般由光源、光纤、探头、检测器及数据 处理装置组成。 根据光纤探头所固定的化学敏感试剂与分析物作用时产生光学性质变化， 通过光纤传输光信 号、光电器件将光信号转化为电信号，测定待测物含量的装置。
电解池：
Pt 为电极，HCl 溶液为电解质， 溶液中的离子做定向移动 H+ 负极 Cl正极 电极上发生的化学反应 +极 2 Cl- - 2e - 极 2 H+ + 2e
Cl2 H2
阳极，氧化反应 阴极，还原反应
2、电极电势
无法测定单个电极的绝对电极电位；电极电位是相对的。
规定： 将标准氢电极作为负极与待测电极组成电池，电位差即该电极的相对电极电
3、能斯特方程（针对求非标准状态的电极电势)
对于任意反应： aA+bB = dD+eE 电池的电动势为：
RT [D]d [E]e EE ln nF [A]a [B]b

此方程即能斯特方程。 当 T=298 K 时，能斯特方程为：
0.0592 [D]d [E]e EE lg n [A]a [B]b
2、共振波长和共振角
发生表面等离子共振时，反射光能量急剧减少，在反射 光强反应曲线上看到一个最小峰，这个峰称为吸收峰。 此时对应的入射光波长为共振波长 对应的入射角为共振角。
3、SPR 检测原理
SPR 对附着在金属薄膜表面的介质折射率非常敏感,当表面介质的属性改变或者附着量改变 时，共振角将不同。因此，SPR 谱（共振角的变化 vs 时间）能够反映与金属膜表面接触的 体系的变化。
第二章 分子识别元件及用来显示初级免疫学反应. 2）灵敏度不高,但是特异性、重现性和准确性很好,成本低,稳定性好和操作安全等， 应用最广.