电化学免疫传感器
电化学免疫传感器 ppt课件
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电位型免疫传感器
电位型免疫传感器是基于测量电位变化来进行免疫分析的生物传
感器,集酶联免疫分析的高灵敏度和离子选择电极、气敏电极的高
选择性于一体,直接或者间接用于各种抗原、抗体的检测,它具有可
实时监测、响应时间较快等特点。根据不同的传感器原理发展了
基于膜电位测量和基于离子电极电位测量两种电化学免疫传感器。
GCE
PB
PB/GCE
GE
氯金酸
抗体
GE/PB/GCE
GNPS/GE/PB/GCE
BSA
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Self-assembled graphene platelet-glucose oxidase nanostructures for glucose biosensing
传感器响应电流与葡萄糖浓度在 2~22 mM 范围内有良好的线性关系，R2=0. 9987，在信噪比为3的时候检出限为20μM
导电率测量法可大量用于化学系统中，因为许多 化学反应都产生或消耗多种离子体，从而改变溶液的 总导电率。通常是将一种酶固定在某种贵重金属电极 上（如金、银、铜、镍、铬），在电场作用下测量待
测物溶液中导电率的变化。
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电流型免疫传感器
电流型免疫传感器测量的是恒定电压下通过电化学室的电流，待测物 通过氧化还原反应在传感电极上产生的电流与电极表面的待测物浓度 成正比。此类系统有高度的敏感性，以及与浓度线性相关性等优点。 原理主要有竞争法和夹心法两类。前者是用酶标抗原与样品中的抗原 竞争结合氧电极上的抗体,催化氧化还原反应,产生电活性物质而引起电 流变化,从而测定样品中的抗原浓度;后者则是在样品中的抗原与氧电极 上的抗体结合后,再加酶标抗体与样品中的抗原结合,形成夹心结构,从而 催化氧化还原反应,产生电流值变化。
免疫传感器在生物分析中的应用研究
免疫传感器在生物分析中的应用研究一、引言随着生物技术的不断发展，免疫传感器作为一种新型的生物分析技术，受到了越来越多的关注。
免疫传感器以其高灵敏度、高选择性、快速响应等优点，在生物分析领域具有广泛的应用前景，因此在国内外的研究中也已经成为了热门的研究方向。
二、免疫传感器的研究现状目前，免疫传感器的研究可以分为两个方向，即基于光学以及基于电化学的研究。
基于光学的免疫传感器通常采用表面等离子共振（SPR）、荧光、拉曼等技术，这些技术在生物分析中具有灵敏度高、实时性强等优点，在肿瘤标记的检测、毒素检测等方面已经得到了广泛应用。
基于电化学的免疫传感器则是通过电化学反应产生电信号来检测生物分子的含量，如氧化还原反应、热释电反应、电感耦合等。
这种类型的免疫传感器通常具有响应迅速、灵敏度高、便携性强等特点，已经在临床诊断、食品安全检测等方面得到了广泛应用。
免疫传感器的进展和应用主要集中在药物研发、生物分析、食品产业和环境保护等领域。
三、免疫传感器在生物分析领域中的应用（一）蛋白质检测与鉴定蛋白质是生物体内最基本、最重要的分子之一，对于蛋白质的检测和鉴定一直是生命科学研究的核心问题。
免疫传感器可以通过对特定蛋白质的结构和功能进行识别和分析，从而实现对蛋白质的检测和鉴定。
通过免疫传感器检测血清中的肿瘤标志物、生物样品中的抗体等，可以快速、准确、高敏感地检测特定的蛋白质，并为相关研究提供重要的信息。
（二）DNA检测和定量DNA是构成生命的基础分子之一，它的变异或缺陷会导致一系列重要的生物学问题。
因此，DNA检测对于疾病的早期诊断、疫苗研发、生物材料检测等具有重要的意义。
基于免疫传感器的DNA检测方法主要包括荧光检测、拉曼光谱检测和电化学检测等。
DNA检测具有高度特异性和灵敏性，能够检测到非常低的浓度下的DNA，因此在基因诊断、基因工程和新药研发等领域发挥着重要作用。
（三）免疫学分析免疫学分析是通过检测生物样品中的免疫反应物，来确定免疫状况的一种检测方法。
电化学免疫传感器在肿瘤标志物检测中的应用
2016年第35卷第12期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·3991·化工进展电化学免疫传感器在肿瘤标志物检测中的应用张浩春，吕佳，张冰，高文超，李兴，常宏宏，魏文珑（太原理工大学化学化工学院，山西太原 030024）摘要：肿瘤是严重威胁人类健康的疾病之一，降低恶性肿瘤死亡率的主要途径是早期诊断和治疗，肿瘤标志物在肿瘤早期诊断中具有重要的临床应用价值。
随着纳米技术的迅猛发展，基于纳米材料构建的电化学传感器可实现对肿瘤标志物的检测，且具有检测灵敏度高、选择性好等优点。
本文重点综述了碳纳米材料、贵金属纳米材料、氧化物纳米材料、量子点纳米材料等新型纳米材料电化学免疫传感器的构建原理及其在甲胎蛋白、前列腺抗原、癌胚抗原等肿瘤标志物检测中的应用，分析总结了基于不同纳米材料构建的电化学传感器在各种肿瘤标志物检测中的优缺点，并展望了电化学传感器的发展趋势，提出未来电化学免疫传感器应以微型化、高通量化和商业化为研究重点，并实现对肿瘤标志物的快速、在线、实时检测。
关键词：肿瘤；肿瘤标志物；电化学传感器；纳米材料中图分类号：O 652 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）12–3991–10DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.036Electrochemical immunosensors for the detection of tumor markersZHANG Haochun，LÜ Jia，ZHANG Bing，GAO Wenchao，LI Xing，CHANG Honghong，WEI Wenlong（College of Chemistry and Chemical Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，Shanxi，China）Abstract：Tumor is one of the severe threats to human health. The death rate of malignant can mainly reduced through early diagnosis and treatment. Therefore tumor markers are of significant clinic value in the early diagnosis. With the rapid development of nanotechnology，electrochemical sensor based on nanomatericals can make the detection of tumor markers with high sensitivity and selectivity. The protocol focused on the construction principle of electrochemical immunosensors using new nanomaterials such as carbon nanomaterials，noble metal nanoparticles，oxide nanomaterials，and quantum dot nanomaterials. It also focused on the applications of those immunosensors in the detection of alpha-fetoprotein，prostate antigen，carcinoembryonic antigen，and other tumor markers. The advantages and disadvantages of electrochemistrical sensors constructed on different nanomaterials in the detection of various tumor markers are analyzed and summarized. It is concluded that future development of the electrochemical immunosensors should be focus on miniaturization，high capacity，and commercialization of fast repoense，on-line，and real-time detection of tumor markers.Key words：tumor；cancer biomarkers；electrochemical biosensors；nanomaterial癌症也称恶性肿瘤，目前已成为中国乃至全世界最重要的死亡原因，也是非常重要的公共健康问题[1]。
电化学传感器在农药残留检测方面的应用
电化学传感器在农药残留检测方面的应用摘要：近年来，随着人们食品安全意识的提高，对农药残留的高灵敏检测越来越受到人们的重视。
具体的检测方法有很多，这里着重介绍一类新型的方法—电化学传感器检测法。
文章主要综述不同类型的电化学传感器在农药残留检测中的应用及研究进展，并对电化学传感器在农药残留检测中的应用前景进行展望。
关键词：电化学传感器；农药残留；检测电化学传感器因其快速、简便、灵敏和探头易于微型化、设备小巧等特点而在憐农药的现场监控中具有广阔的应用前景。
文章综述了免疫型、酶型、纳米型和分子印迹型电化学传感器在农药残留检测中的应用及研究进展。
1电化学免疫传感器在农药残留检测中的应用1.1电位型免疫传感器电位型免疫传感器是基于抗原、抗体特异性结合后诱导电位发生变化进行检测的一类生物传感器。
工作原理是利用抗原或抗体在水溶液中两性解离本身带电的特性，将抗体（抗原）固定在电极表面，当抗原（抗体）与之结合形成抗原抗体复合物时，原有的膜电荷密度将发生改变，从而引起膜的Donnan电位（两相界面之间由于电荷分布不均匀，形成双电层而产生的电位差）和离子迁移的变化，最终导致膜电位发生改变。
早在1966年电位型电化学传感器就被应用到了农药检测中[1]。
Dzantiev等[2]利用电位型电化学免疫传感器成功的检测了二氯苯氧基乙酸和三氯苯氧基乙酸，并将过氧化物酶标记的农药和未标记的农药与固定在石墨电极表面的抗体进行竞争性结合，再把该电极置于含有氨基水杨酸和过氧化氢的基液中进行信号检测。
与标准的酶联免疫检测相比，这种传感器更省时、成本更低。
1.2电流型免疫传感器电流型免疫传感器从属于伏安型传感器，是通过测量电流来检测分析物。
检测方法主要有夹心法和竞争法两类，前者是用酶标记抗体，与固定在电极表面的抗体相结合的抗原形成夹心结构，从而催化氧化还原反应，导致电流的变化；后者是将标记抗原和样品置于同一溶液中，与电极表面固定好的抗体进行竞争性结合，导致电流发生改变[3]。
电化学免疫传感器在食品安全检测中的研究进展
关键词 ：电化学免疫传感 器 ；食 品安全 ；检测 ；致病 菌；毒素 ；药物残 留
中图分类号 ：Ｔ ２ ７ Ｓ ０ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ２ １ （０ １ ０ ０ １ ０ ０ ６— ５ ３ ２ １ ）１— ２ ６— ７
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电化学发光免疫传感器的研究及应用现状
电化学发光免疫传感器的研究及应用现状摘要：电化学发光免疫技术是将高灵敏度的电化学发光和高特异性的免疫反应相结合的一种交叉学科研究的成果。
电化学发光主要应用在免疫系统、生物酶等方面的研究，而电化学发光免疫传感器在临床领域中有较明显的成果。
因此，本文将从电化学发光免疫传感器的研究和应用现状两个方面，对电化学发光免疫传感器进行进一步的研究，尤其在医学方面能够有更多突破，实现在更多领域中的应用。
关键词：电化学发光；免疫传感器；研究；应用现状；一、电化学发光免疫传感器的概念（一）电化学发光的概念电化学发光即电致化学发光，是一种通过在电极上施加一定电压，用来引发物质在电极表面进行电化学反应，反应产生的能量激发发光物质由基态迁移到激发态，处于激发态的物质不稳定会返回基态，在这一过程中会伴随光信号产生，产生光信号后通过光/电转换器，将光信号转换成电信号，来实现对目标物的检测。
ECL分析法不仅具有仪器简单，灵敏度高，还具有试剂用量少、时空可控性强等优点，现阶段，电化学发光技术已广泛应用于免疫分析、生物分子和其他生物分子检测中。
（二）免疫传感器的概念免疫传感器是一种将高特异性的免疫反应和高超的物理转换器结合起来的一种分析类器件。
由于免疫反应具有强的特异性，加之物理转换器的高的灵敏度，使得免疫传感器也成为一种有效检测样品的方法，受到人们的热切关注。
目前，免疫传感器也已经广泛地应用于临床医学检测等领域。
（三）电化学发光免疫传感器的概念电化学发光免疫传感器是一种将电化学发光与免疫传感器结合起来的一种具有很高免疫特性的一种装置。
利用电化学发光的高灵敏度的传感技术，再结合特异性免疫反应，最终可以达到一种对临床中微量物质进行定量的检测。
二、电化学发光免疫传感器的研究及应用电化学发光免疫传感器是将抗体或者抗原通过一定方式负载在电极上作为识别探针，当抗体与抗原发生特异性反应后，其产生的复合物与电化学发光信号之间建立一定关系，然后通过光电转换器，将光信号转换成电信号，从而对目标物进行检测。
电生化学免疫传感器原理及其在诊断检测领域应用
电生化学免疫传感器原理及其在诊断检测领域应用免疫传感技术作为一种高灵敏度、高选择性的生物分析方法，已经在许多领域得到了广泛的应用。
而电生化学免疫传感器作为其中的一种重要技术手段，以其灵敏度高、快速、可重复性强等优点在诊断检测领域发挥着重要的作用。
本文将从电生化学免疫传感器的原理出发，详细介绍其在诊断检测领域的应用。
电生化学免疫传感器的原理基于抗原与抗体之间的特异性识别，并通过将抗体修饰在电极表面，利用电化学技术的手段对所产生的电流、电势等信号进行测量来实现对抗原的灵敏检测。
电生化学免疫传感器的构建主要包括电化学活性界面材料的选择以及抗体的固定化。
常用的电极材料包括玻碳电极、金电极等，而抗体的固定化可以通过吸附、共价键或夹层法等方式实现。
在实际应用中，通过采用直流电位扫描、循环伏安法、交流伏安法等电化学技术，可以对测定物的电化学行为进行定量分析。
电生化学免疫传感器在诊断检测领域的应用涵盖了多个领域，包括临床医学、环境监测、食品安全等。
在临床医学中，电生化学免疫传感器可以用于快速检测病原体、肿瘤标志物、生物分子等，有助于早期诊断、治疗和监测疾病的进展。
例如，通过将抗体固定在电极表面，可以实现对癌症标志物特异性的检测，从而提高癌症的早期诊断率。
在环境监测方面，电生化学免疫传感器可以用于快速测定水质、土壤污染物、空气中的有害物质等。
通过将合适的抗体固定在电极表面，可以实现对目标物质的高灵敏度检测，有助于对环境污染状况进行实时监测和评估。
这对于环境保护和资源管理具有重要意义。
例如，通过将抗体修饰在电极表面，电生化学免疫传感器可以用于检测水中的重金属离子，从而判断水质是否达到标准要求。
在食品安全领域，电生化学免疫传感器可以用于检测食品中的潜在有害物质，例如农药残留、重金属离子等。
通过将特异性抗体固定在电极表面，可以实现对目标物质的高灵敏度检测，确保食品安全。
这对于食品行业的监管和消费者的健康至关重要。
例如，电生化学免疫传感器可以用于检测食品中的过敏原，从而减少对过敏人群的潜在风险。
免疫传感器的工作原理
免疫传感器的工作原理免疫传感器是一种能够检测和识别生物体内外的免疫反应的装置，它的工作原理主要基于免疫学的原理和生物传感技术。
免疫传感器的研究和应用对于生物医学领域的诊断、治疗和监测具有重要意义。
免疫传感器的工作原理可以简单概括为免疫识别、信号转导和信号检测三个步骤。
首先，在免疫识别阶段，免疫传感器通过特异性的抗体与目标物质（例如细菌、病毒、癌细胞等）结合。
这种结合是通过抗体与目标物质之间的亲和力和特异性来实现的。
抗体是一种由机体免疫系统产生的蛋白质，具有高度的特异性，可以与特定的抗原结合。
通过选择合适的抗体，免疫传感器可以实现对特定目标物质的识别和检测。
在信号转导阶段，免疫传感器将免疫识别过程中的结合事件转化为可检测的信号。
常见的信号转导方法包括荧光标记、辐射标记、电化学标记等。
其中，荧光标记是最常用的方法之一。
通过将荧光物质与抗体结合，当抗体与目标物质结合时，荧光物质会发出特定的光信号。
这种光信号可以通过光学检测系统进行实时监测和分析。
在信号检测阶段，免疫传感器通过光学、电化学等方法检测由信号转导步骤产生的信号。
光学检测是最常用的方法之一，它可以通过荧光显微镜、激光扫描共聚焦显微镜等设备对荧光信号进行定量和定位分析。
电化学检测则是利用电化学传感器对信号进行检测，通过测量电流、电位等电化学参数来获得目标物质的信息。
免疫传感器的工作原理基于免疫学的原理，具有高度的特异性和敏感性。
与传统的诊断方法相比，免疫传感器具有快速、高效、无创、可重复使用等优点。
因此，在生物医学领域，免疫传感器被广泛应用于疾病的早期诊断、治疗效果的监测、药物筛选等方面。
免疫传感器的研究和应用还面临一些挑战。
首先，免疫传感器需要选择合适的抗体来实现特异性识别，而抗体的获取和制备是一个复杂而耗时的过程。
其次，免疫传感器需要考虑样本的复杂性和多样性，以确保准确的检测结果。
此外，免疫传感器还需要解决信号传递和检测的灵敏度和稳定性等技术难题。
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电位型免疫传感器
电位型免疫传感器是基于测量电位变化来进行免疫分析的生物传 感器,集酶联免疫分析的高灵敏度和离子选择电极、气敏电极的高 选择性于一体,直接或者间接用于各种抗原、抗体的检测,它具有可 实时监测、响应时间较快等特点。根据不同的传感器原理发展了 基于膜电位测量和基于离子电极电位测量两种电化学免疫传感器。 前一种膜电位测量因其免疫电极灵敏度低,故未得到实际应用。后 一种离子选择性电极免疫传感器的原理是先将抗体共价结合于离 子载体,然后固定在电极表面膜内,当样品中的抗原选择性地与固定 抗体结合时,膜内离子载体性质发生改变而导致电极上电位的变化, 从而测得抗原浓度。
0.1μg/L
20pg/mL 0.07ng/mL 15ng/L 39ng/L 0.016ng/mL
赫曲霉毒素A (OTA)
烟曲霉毒素(Fm s)
电流型
电流型
碱性磷酸酶
辣根过氧化酶
0.2ng/mL
5μg/L
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吸附法
介孔材料表 面生物分子 的固定方法
共价建合法
交联法
包埋法
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其中C为界面电容，ε0为真空介电常数，ε为电极/溶液界面物质介电常 数，A是电极与溶液的接触面积，d是界面层厚道。 电极/溶液的界面电容能灵敏反应界面物理化学性质的变化，当极性低 的物质吸附到电极表面上时，d就会增大，ε就会减少，从而使界面电 容降低。电容型免疫传感器就是基于将抗体固定在电极表面，当抗原 抗体在电极表面复合时，界面电容相应地降低，据此检测抗原的量。
检测食品中毒素的种类及电化学免疫传感器类型
毒素
SEB AFB1
免疫传感器类型
阻抗型 电导型
标记酶
— 辣根过氧化酶
检出限
10pg/mL 0.1ng/mL
AFB1
AFB1 AFB1 AFM1 AFM1 河豚毒素(TTX)
阻抗型
电流型 电流型 阻抗型 电流型 电流型
—
碱性磷酸酶 辣根过氧化酶 — 辣根过氧化酶 碱性磷酸酶
电容型免疫 传感器 电位型免疫 传感器 电导型免疫 传感器 电流型免疫 传感器
电化学 免疫 传感器
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电容型免疫传感器
电容型免疫传感器是一种高灵敏非标记型免疫传感技术。当金属电极 与电解质溶液接触，在电极/溶液的界面存在双电层，它可以用类似于 电容器的物理方程来描述：
C=Aε0ε/dε
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电导型免疫传感器
导电率测量法可大量用于化学系统中，因为许多 化学反应都产生或消耗多种离子体，从而改变溶液的
总导电率。通常是将一种酶固定在某种贵重金属电极
上（如金、银、铜、镍、铬），在电场作用下测量待 测物溶液中导电率的变化。
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电流型免疫传感器
电流型免疫传感器测量的是恒定电压下通过电化学室的电流，待测物 通过氧化还原反应在传感电极上产生的电流与电极表面的待测物浓度 成正比。此类系统有高度的敏感性，以及与浓度线性相关性等优点。 原理主要有竞争法和夹心法两类。前者是用酶标抗原与样品中的抗原 竞争结合氧电极上的抗体,催化氧化还原反应,产生电活性物质而引起电 流变化,从而测定样品中的抗原浓度;后者则是在样品中的抗原与氧电极 上的抗体结合后,再加酶标抗体与样品中的抗原结合,形成夹心结构,从而 催化氧化还原反应,产生电流值变化。
GE
GE/PB/GCE
氯金酸
抗体
GNPS/GE/PB/GCE
BSA
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Self-assembled graphene platelet-glucose oxidase nanostructures for glucose biosensing
传感器响应电流与葡萄糖浓度在 2~22 mM 范围内有良好的线性关系，R2=0. 9987，在信噪比为3的时候检出限为20μM
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饲料中黄曲霉毒素 B1 的纳米金 修饰电化学免疫传感器研究
同时固定四羧基酞菁钴Ⅲ（CoPc）、HRP 酶标记黄曲霉毒 素 B1 抗体（HRP- Ab- AFB1）以及纳米金微粒在玻碳电极表面 的 Nafion 膜上，制备了可用于快速测定饲料中黄曲霉毒素 B1 （AFB1） 的新型电化学传感器（GCE| Nafion/CoPc/Au/HRP- A b- AFB1）。 CoPc 对 H2O2的还原具有催化作用；当该传感器在 含 AFB1 样品的溶液中温育 20 min 后，AFB1 与 Ab- AFB1 的 免疫结合导致 HRP 的活性中心与 CoPc 之间的电子传递被部分 阻碍，使 HRP 对 H2O2电催化氧化电流 Io 降低。ΔIo 与 AFB1 浓度在 1.0~200 ng/mL 呈线性关系，检测限为0.5 ng/ mL。
厚德 笃学 崇（PB） 修饰玻碳电极非标记免疫传感器
传感器在含不同浓度人lgG的PBS溶液（pH6.98）中测定，响应电流与人lgG 浓度在 5.55~455.5ng/ml 范围内有良好的线性关系，R2=0.9926，检出限 为0.012ng/ml PB
GCE PB/GCE
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金纳米粒子-壳聚糖-石墨烯纳米复合材料的制备 及其在生物电化学中的应用
修饰电极不仅可成功地实现GOD 与电极间的直接电子转移，还对葡萄糖表 现出良好的催化性能。催化的线性范围为2.1～5.7μmol/L, 检出限为0.7 μmol/L, 灵敏度为79.71 mA•cm－2•mM－1
厚德 笃学 崇实 尚新
第一篇 电化学免疫传感器
1.1
根据2001年ＩＵＰＡ Ｃ的对生物传感器分 类标准,电化学免疫 传感器是基于抗原 抗体反应的,可进行 特异性的定量或半定 量分析的自给式的集 成器件,其中抗原/抗 体是分子识别元件, 且与电化学传感元件 直接接触,并通过传 感元件把某种或者某 类化学物质浓度信号 转变为相应的电信号。
预处理 镀铂
GOD
戊二醛
抗体
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利用电化学方法测定各种实验条件下酶电极、 酶免疫电极的电化学响应特性,以期确定 这种新型生物电极的最佳制备条件 1)酶免疫电极最佳制备条件是:镀铂状态下, 30U GOD、0.8 mg/mL SEC1抗体. 2)以所制备的SEC1酶免疫电极检测SEC1抗原, 在0~6Lg/L范围内,响应电流随抗原 浓度呈线性变化.超过10Lg/L时,响应常会达 到饱和状态.抗原浓度的进一步提高,将导致 响应下降,这符合免疫分析中的钩状效应.
第二篇 应用
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酶/酶免疫电极最佳制备方式的确定 及其微观分析
原理：首先将酶固定在电极表面上(或经修饰的电极表面上)，然后利 用双官能团交联剂(戊二醛)将抗体耦联在酶上，由此即制得酶免疫电 极.酶电极通过戊二醛作用与抗体相连,抗体可能改变了酶的结构或占据 了酶的活性中心，从而降低了酶对底物的催化效率.抗原与抗体结合后, 部分地恢复了酶固有的构型或是部分地释放了酶的活性中心,这样就又 提高了酶的催化活性，抗原同抗体的结合调制了由酶催化活性的改变 而引起的介体电极的响应电流的变化,从而达到检测抗原的目的。
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石墨烯/导电高分子/离子液体修饰的 黄曲霉毒素B1免疫传感器的制备及应用
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研究表明： 石墨烯和纳米金的引入明显提高了修饰层的电 子转移速率，电极的表观活性面积由裸电极的 0.1772 cm2 增加到 0.2640 cm2。当AFB1浓度 在3.2×10-15~3.2×10-13 mol/L范围内，传感 器的交流阻抗响应值与浓度的呈线性关系，相 关系数R2=0.994，检出限为 1.1×10-15 mol/L， 传感器在4℃下保存20周以上，电化学响应保持 基本不变。