生物传感器法检测葡萄汁中葡萄糖含量
葡萄糖生物传感器的工作原理
葡萄糖生物传感器的工作原理
葡萄糖生物传感器是一种基于生物化学反应的传感器，用于检测血液、尿液和其他生物体液中的葡萄糖浓度。
其工作原理大致如下：
1.酶反应：首先，传感器中包含一种葡萄糖氧化酶（GOx），它能够将葡萄糖转化为酮糖和过氧化氢。
2.电流变化：当葡萄糖存在时，它会被GOx催化氧化为过氧化氢，进而导致电位变化，并在电极表面形成电流。
因此，传感器可以通过测量电流变化来检测葡萄糖浓度。
3.反应速度：GOx对葡萄糖的反应速度取决于它们之间的接触面积和浓度差异，因此传感器的灵敏度和响应速度与GOx的浓度有关。
4.实时测量：特别是在移动装置或实时生产环境下，传感器可以与无线互联设备结合，将结果直接传递到互联网或大数据处理平台中，进行实时监测和控制。
总之，葡萄糖生物传感器工作原理简单，但具有重要的应用前景，在生物医学、环境监测和食品质量控制等领域发挥着巨大的作用。
生物传感仪测定葡萄糖公式
生物传感仪测定葡萄糖公式（原创实用版）目录1.生物传感仪的概述2.葡萄糖公式的简介3.生物传感仪测定葡萄糖的公式原理4.生物传感仪在测定葡萄糖中的应用实例5.生物传感仪测定葡萄糖的优点和局限性正文1.生物传感仪的概述生物传感仪是一种能够将生物学现象转换为可检测的信号的设备，通常包括生物识别元件和信号转换元件。
在生物医学领域，生物传感仪被广泛应用于疾病诊断、药物筛选、生物分子检测等。
2.葡萄糖公式的简介葡萄糖公式是一种用于计算葡萄糖浓度的数学公式，其原理基于葡萄糖与某些物质之间的特异性反应。
在生物传感仪中，葡萄糖公式常用于检测血糖浓度。
3.生物传感仪测定葡萄糖的公式原理生物传感仪测定葡萄糖的公式原理通常基于酶促反应。
酶是一种具有高度特异性的生物催化剂，它能够促使生物分子发生特异性反应。
在生物传感仪中，酶能够与葡萄糖发生特异性反应，产生可检测的信号。
通过测量信号的强度，可以推算出葡萄糖的浓度。
4.生物传感仪在测定葡萄糖中的应用实例生物传感仪在测定葡萄糖中的应用实例包括血糖监测、糖尿病诊断等。
其中，血糖监测是生物传感仪在测定葡萄糖中的常见应用。
糖尿病患者需要定期监测血糖浓度，以便及时调整药物治疗方案。
生物传感仪可以快速、准确地测定血糖浓度，为糖尿病患者提供便捷的监测手段。
5.生物传感仪测定葡萄糖的优点和局限性生物传感仪测定葡萄糖的优点包括高灵敏度、高特异性、快速、准确等。
与传统的血糖检测方法相比，生物传感仪具有更高的检测性能和更便捷的操作方式。
然而，生物传感仪测定葡萄糖也存在一定的局限性，例如对干扰物质的敏感性、成本较高等。
葡萄糖生物传感器研究概况
葡萄糖生物传感器研究概况葡萄糖是动物和植物体内碳水化合物的主要组成部分，因此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。
1954年Clark的氧电极分析方法使活体组织氧分压的无损测量成为可能，由此打开了生物传感器这一研究领域。
50多年来各国科研人员对生物传感器的研究和发展使得葡萄糖传感器在食品分析、发酵控制、临床检验等诸多方面得到应用并发挥了重要的作用。
本文对葡萄糖生物传感器的分类、原理及发展概况等作一简要概述。
1.概念生物传感器是用来侦测生体内或生体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一种装置，Gronow将其定义为“使用固定化的生物分子结合换能器”[1]。
它利用生物化学和电化学反映原理，将生化反应信号转换为电信号，通过对电信号进行放大和转换，进而测量被测物质及其浓度[2]，是一种集现代生物技术与先进的电子技术于一体的高科技产品。
生物传感器可用于探索揭示生命系统中信息的产生、存储、传输、加工、转换和控制等基本规律，探讨应用于人类经济活动的基本方法。
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[3]，为葡萄糖氧化酶，GOD）经固化后于氧电极组成成。
这一生物传感器可在非常短的响应时间（glucose oxidase内完成对葡萄糖的测定，其线性范围为0～30mg?dL-1，能稳定使用22d，测定的相对标准偏差小于1.2。
2.分类关于葡萄糖生物传感器的分类，不同的研究方向，有不同的分类方法，主要有以下三种分类。
一是根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件划分为：酶传感器（enzyme sensor），微生）），组织传感器（tis-suesensor物传感器（microbial sensor），细胞传感器（original sensor和免疫传感器（immunolsensor）。
二是根据生物传感器的换能器即信号转换器分类，如：生物电极（bioelectrode）传感器，半），热生物传），光生物传感器（optical biosensor导体生物传感器（semi conduct biosensor）等。
葡萄糖生物传感器检测方法的研究进展
应用化学 Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ｅ Ｓ ＥＪ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＡ Ｐ Ｐ Ｌ Ｉ Ｅ ＤＣ Ｈ Ｅ Ｍ Ｉ Ｓ Ｔ Ｒ Ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ２ ９Ｉ ｓ ｓ ． １ ２ Ｄ ｅ ｃ ． ２ ０ １ ２
葡萄糖生物传感器检测方法的研究进展
将Ｓ ＷＣ Ｎ Ｈ ｓ 与Ｇ Ｏ ｘ 结合并且采用二茂铁羧酸作为媒介体检测葡萄糖的含量， 该传感器具有灵敏度高、
［ １ ５ ］ 检测限低以及选择性好等优点。２ ０ １ ０年， Ｚ ｈ ｕ和 Ｘ ｕ 综述了 Ｓ ＷＣ Ｎ Ｈ ｓ 的应用。２ ０ １ ０年， Ａ ｌ ｗ ａ ｒ ａ ｐ ｐ ａ ｎ １ ６ ］ 等［ 采用酶掺杂石墨烯纳米片来增强葡萄糖生物传感， 该方法使用聚吡咯 石墨烯 Ｇ Ｏ ｘ 电化学检测葡
小来检测待测底物的浓度， 反应如式（ ３ ） 、 （ ４ ） 和（ ５ ） 所示。 Ｅ ｎ ｚ ｙ ｍ ｅｌ ａ ｙ ｅ ｒ ：Ｇ Ｏ Ｄ ｌ ｕ ｃ ｏ ｓ ｅ→ Ｇ Ｏ Ｄ ｌ ｕ ｃ ｏ ｎ ｏ ｌ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｅ （ ｏ ｘ ） ＋ｇ （ ｒ ｅ ｄ ） ＋ｇ Ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄｌ ａ ｙ ｅ ｒ ：Ｇ Ｏ Ｄ Ｏ Ｄ Ｈ → Ｇ （ ｒ ｅ ｄ ） ＋Ｍ （ ｏ ｘ ） （ ｏ ｘ ） ＋Ｍ （ ｒ ｅ ｄ ） ＋２ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ：Ｍ（ ｅ → Ｍ（ ｒ ｅ ｄ ） ｏ ｘ ） ＋ｎ 第二代葡萄糖生物传感器电子转移机理如图 ３所示。 该传感器由于使用了电子媒介体， 可有效地促 进电子转移， 因此， 克服了第一代生物传感器溶解氧 浓度不稳定性和测定过氧化氢时常伴随干扰的不
［ １ ７ ］ （ Ａ ） ，ａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｄ ｏ ｘｍ ｅ ｄ ｉ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ （ Ｂ ） ，ａ ｎ ｄｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎＧ Ｏ ｘａ ｎ ｄｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ （ Ｃ ）
葡萄糖含量的测定方法
葡萄糖含量的测定方法
葡萄糖含量的测定方法有以下几种常用的方法：
1. 试纸法：使用葡萄糖试纸，将样品滴在试纸上，根据试纸变色的程度来判断葡萄糖含量的高低。
2. 酶法：使用葡萄糖氧化酶将葡萄糖氧化成葡萄糖酸，然后使用染色剂和催化剂形成有色产物，并通过光度计检测产物的吸光度来确定葡萄糖含量。
3. 高效液相色谱法：利用高效液相色谱技术分离和测定样品中的葡萄糖。
通常需要配备专用的色谱柱、检测器和流动相等设备。
4. 球团光度法：基于葡萄糖在碱性条件下与邻苯二甲酸酐反应生成有色产物的原理，通过测定产物的吸光度来确定葡萄糖含量。
5. 环境传感器法：利用特定的生物传感器或化学传感器，将葡萄糖与传感器反应产生信号，并通过测量信号的强度来测定葡萄糖含量。
这些方法各有优缺点，适用于不同的实验需求和场景。
在实际应用中，可以根据实验目的、设备和条件选择合适的方法进行测定。
葡萄糖生物传感器的工作原理
葡萄糖生物传感器的工作原理
葡萄糖生物传感器是一种将生物酶与电化学传感器结合而成的生物医学设备，用于定量检测血清、血浆、尿、脑脊液等样品中的葡萄糖浓度。
其工作原理主要分为三个步骤：
1. 生物酶反应：葡萄糖生物传感器中固定有葡萄糖氧化酶（GOD），将待测样品中的葡萄糖与氧同时消耗，发生如下酶促反应：
葡萄糖 + 氧→ 葡萄糖酸 + 水
2. 电子传递：在电极表面固定GOD和辅助酶（如过氧化物酶）后，加入待测样品后，样品中的葡萄糖与电极表面的GOD发生反应，产生葡萄糖酸和水，同时释放出电子。
电子通过电极传递至体外回路，产生电流信号。
3. 电流信号测量：葡萄糖生物传感器通过测量电路测量电流信号，将其转换为葡萄糖浓度，并输出至显示设备或记录设备。
通常情况下，葡萄糖生物传感器的检测范围在0.1-10mmol/L之间，可精确到0.1mmol/L以下。
总之，葡萄糖生物传感器的工作原理是将生物酶反应和电化学传感器技术相结合，通过测量电流信号来定量检测样品中的葡萄糖浓度。
其具有操作简便、快速、准确等特点，在临床医学中广泛应用于糖尿病的诊断和治疗。
葡萄糖生物传感器的进展过程及研究成果[文献综述]
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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 2O2的产生量，从而间接测定葡萄糖的含量[5]。
生物传感器用于糖类含量的测定
4.2 温度对电极的影响
将 GOD-丝素膜浸泡在缓冲介质中， 在给定温度下处理 30分钟，然后在 30％条 件下测得电极在一定浓度的葡萄糖标准溶液 中的响应值，结果列于表 l。游离GOD在经 60℃处理30分钟已几乎无活性。由此可见， 将GOD固定在丝素蛋白中，可提高酶的耐热 性。
4.3 标准工作曲线
生物传感器用于葡萄酒中葡萄糖含量的测定
一、实验目的
①了解生物传感器的原理以及操作使用 ②了解生物传感器在食品分析中的应用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、实验原理
生物传感器是利用酶作为分子识别元件，由于酶具有 高选择性及专一性强的特点，使得生物 传感器在样品分析中 不需要对样品进行复杂的前处理，实现了简单、快速分析的 目的。利用再生丝素蛋白在甲醇作用下，其分子结构由可溶 性randomcoil向不容性A-sheet发生转变，从而将 GOD固 定在 -sheet结构所特有的分子氢键中，制得 GOD传感器， 利用该传感器测定了葡萄酒中葡萄糖的含量。常用测糖法主 要测定食品中的总还原糖含量 (除葡萄糖外，还有果糖等所 有 单糖及部分双糖)，而生物传感器由于其专一性及高选择 性，可以准确的测定食品中的单一糖组分。该法是酶法分析 的进一步发展，酶法分析的酶是一次性使用且酶促反应达到 平衡也需较长时间，使得样品测定时间长。而生物传感器法 则克服了这一缺点，提高了样品分析效率。
除去膜表面未固定的酶，取出晾干后称取 3mg酶
膜，用 160 目单丝尼龙网作外膜，将酶膜固定在
氧电极上，制成GOD传感器。
2、传感器性能测试
移取 50ml pH=7.0的磷酸缓冲溶液 于 100ml烧杯中，插人电极，在 30℃下恒 温搅拌，待读数稳定后，加入2mmol／L的 葡萄糖标准溶液，用LM一1型测氧仪记录 △E值，对浓度c作图，绘制葡萄糖氧化酶 传感器的标准工作曲线。
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赤霞珠葡萄，巨峰葡萄：均购自济南七里堡市场；葡萄 糖氧化酶（10 U/mL）：Sigma 公司；牛血清白蛋白、戊二醛： 上海化学试剂采购供应站进口分装；“O”型圈、SBA生物 传感分析仪专用稀释水、缓冲液：山东省科学院生物研究 所自行配制；聚碳酸酯膜、核微孔膜（孔径0.2 mm）：美国 Nucleopore公司；铂、银纯度为99.999%：中国人民银行济 南分行。 其他试剂均为分析纯，实验用水为蒸馏水。 1.2 仪器与设备
biosensor; enzyme electrode; grape juice; glucose
葡萄酒是目前被全球普遍接受的一种酒精饮料，因 保健作用及丰富的文化内涵越来越受到国人的喜爱。 葡萄 糖含量是影响葡萄酒质量和区分葡萄酒种类的重要功能 性指标之一。 葡萄汁是酿造葡萄酒的原料，其所含糖类主 要包括葡萄糖、果糖和蔗糖[1-8]，因此建立一种能够快速准 确专一性检测葡萄糖含量的方法对高品质葡萄酒的酿造 具有重要的意义。
(Biology Institute, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250014, China)
A biosensor analysis method for the determination of glucose in grape juice was established using glucose oxidase and hydrogen peroxide electrode in the reaction system of phosphate buffer 0.2 mol/L (pH 7.2) and glucose standard solution 1‰. The results showed that the biosensor method had a good linearity in the range of glucose concentration of 0-1 000 mg/L, the linear regression equation was y=0.994 8x-3.081, R2=0.999 9. The stability of the biosensor was good, the relative standard deviation (RSD) was 1.63%, the adding standard recovery rate was between 96.0%-102.4%. The specificity was strong, and glucose was determined specifically.
SBA-40D型生物传感分析仪、葡萄糖氧化酶-酶电极、 50 μL微量进样器：山东省科学院生物研究所；MZB-45糖 度计、DHG-9038A烘干箱：上海米青科实业有限公司。 1.3 方法 1.3.1 实验原理
将葡萄糖氧化酶与过氧化氢电极（电流型电化学电极） 自组装成酶电极，结构示意图如图1所示。
当样品与酶电极接触后，会在电极上发生如下反应：
分析与检测
中国酿造
２０18 年 第 37 卷 第 10 期
总第 320 期
·167·
生物传感器法检测葡萄汁中葡萄糖含量
毕春元，杜 祎，张金玲，高广恒，史建国*
（齐鲁工业大学（山东省科学院） 山东省科学院生物研究所，山东 济南 250014）
摘 要：采用葡萄糖氧化酶与过氧化氢电极，在0.2 mol/L的磷酸盐缓冲液（pH 7.2）和1‰的葡萄糖标准溶液反应体系中，建立葡萄汁
中葡萄糖含量检测的生物传感器分析方法。 结果表明，在葡萄糖质量浓度为0～1 000 mg/L的范围内生物传感器法测定葡萄糖含量的线
Байду номын сангаас
性良好；线性回归方程为y=0.994 8x-3.081，相关系数R2=0.999 9；稳定性好，相对标准偏差（RSD）=1.63%；加标回收率为96.0%～102.4%；
专一性强，只对葡萄糖进行专一性测定。
关键词：生物传感器；酶电极；葡萄汁；葡萄糖
中图分类号：O655.1
文章编号：0254-5071（20１8）10-0167-04
doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2018.10.033
BI Chunyuan, DU Yi, ZHANG Jinling, GAO Guangheng, SHI Jianguo*
葡萄糖 + H2O + O2 葡萄糖氧化酶 H2O2 + 葡萄糖酸
过氧化氢在电极上产生氧化电流：
H2O2 —→ O2 + 2H++ 2e-
收稿日期：2018-07-27
修回日期：2018-09-19
基金项目：国家高技术研究发展计划‘863计划’项目（2015AA021005）；山东省重点研发计划（2018GSF121023）
目前，测定葡萄汁中葡萄糖含量的方法主要是糖度计 法、二硝基水杨酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）法、高效 液相色谱法和酶法。 糖度计法只能测定总糖含量；DNS法 耗时长、操作繁琐且只能测定总还原糖含量；高效液相色 谱法仪器昂贵，所需试剂多，测定费时，成本高[9-15]。
作者简介：毕春元（1965-），男，高级工程师，硕士，研究方向为生物传感器。
*通讯作者：史建国（1960-），男，研究员，博士，研究方向为生物传感器。
２０18 Vol.37 Ｎｏ．10
·168· Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．320
Ｃｈｉｎａ Ｂｒｅｗｉｎｇ
Analysis and Examination
图1 葡萄糖氧化酶酶膜与过氧化氢电极结构示意图 Fig. 1 Schematic diagram of glucose oxidase membrane and