桂林理工大学 生物传讲义感器 PPT课件
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【生物医学课件】5生物传感器
✓基于生物吸附的生物敏感膜
基于生物体内存在相互亲和性的物质，把它们的一方固定 在膜上作为分子识别元件，当被测溶液中存在它们的配体时， 发生特异性反应，形成稳定的复合体，测定反应前后膜电位 的变化，即可得知配体浓度。
✓基于天然生物膜和人工生物膜的生物敏感膜
例如膜与外来物反应，生成的复合物影响到膜结构，改变 了膜的物理化学性质，使膜的通透性发生变化，进而感知外 界信息。
微生物作为敏感膜材料与底物作用时一般有两种情况： （1）呼吸机能型：对好氧性微生物，在与底物作用的同时， 其细胞的呼吸活性提高，耗氧量增大，用氧电极或CO电极 测定其呼吸活性，便可求出底物浓度。
呼吸机能型
（2）代谢机能型：对厌氧性微生物，其微生物同化被测有机物 后将生成各种代谢产物，如CO2、H2、H+等，可利用相应的离 子选择性电极测得代谢产物浓度，进而求出底物浓度。
总反应式为：葡萄糖 O2 G OD葡萄糖酸内酯 H2O2
此时氧电极附近的氧气量由于酶促反应而减少，使得还原电 流减小，通过测量电流值的变化即可确定葡萄糖浓度。
也可以通过测量反应产物H2O2的产生量来确定葡萄糖浓度。
快速葡萄糖(glucose)分析仪
电流型酶电极多以分子氧作为生物氧化还原反应的电子受体， 在环境缺氧或氧分压变化时对测量不利。故发展了利用介体取 代O2、H2O2在酶反应和电极间进行电子传递的介体酶电极。 将GOD固定在石墨电极上，以水不溶性二茂铁单羟酸为介体， 在电极对葡萄糖的响应过程中，二茂铁离子作为GOD的氧化剂， 并在酶反应与电极过程间迅速传递电子。由于二茂铁离子不与 氧反应，故传感器对氧不敏感，故可在缺氧或氧浓度易变的场 合使用；二茂铁离子与还原的GOD之间的电子传递快，因而电 极响应快；
分类方式
基于生物体内存在相互亲和性的物质，把它们的一方固定 在膜上作为分子识别元件，当被测溶液中存在它们的配体时， 发生特异性反应，形成稳定的复合体，测定反应前后膜电位 的变化，即可得知配体浓度。
✓基于天然生物膜和人工生物膜的生物敏感膜
例如膜与外来物反应，生成的复合物影响到膜结构，改变 了膜的物理化学性质，使膜的通透性发生变化，进而感知外 界信息。
微生物作为敏感膜材料与底物作用时一般有两种情况： （1）呼吸机能型：对好氧性微生物，在与底物作用的同时， 其细胞的呼吸活性提高，耗氧量增大，用氧电极或CO电极 测定其呼吸活性，便可求出底物浓度。
呼吸机能型
（2）代谢机能型：对厌氧性微生物，其微生物同化被测有机物 后将生成各种代谢产物，如CO2、H2、H+等，可利用相应的离 子选择性电极测得代谢产物浓度，进而求出底物浓度。
总反应式为：葡萄糖 O2 G OD葡萄糖酸内酯 H2O2
此时氧电极附近的氧气量由于酶促反应而减少，使得还原电 流减小，通过测量电流值的变化即可确定葡萄糖浓度。
也可以通过测量反应产物H2O2的产生量来确定葡萄糖浓度。
快速葡萄糖(glucose)分析仪
电流型酶电极多以分子氧作为生物氧化还原反应的电子受体， 在环境缺氧或氧分压变化时对测量不利。故发展了利用介体取 代O2、H2O2在酶反应和电极间进行电子传递的介体酶电极。 将GOD固定在石墨电极上，以水不溶性二茂铁单羟酸为介体， 在电极对葡萄糖的响应过程中，二茂铁离子作为GOD的氧化剂， 并在酶反应与电极过程间迅速传递电子。由于二茂铁离子不与 氧反应，故传感器对氧不敏感，故可在缺氧或氧浓度易变的场 合使用；二茂铁离子与还原的GOD之间的电子传递快，因而电 极响应快；
分类方式
《化学与生物传感器》课件
什么是化学传感器和生物传感器？
化学传感器
化学传感器是一种能够检测和测量特定化学物质 的装置，用于监测和控制各种化学过程。
生物传感器
生物传感器是一种利用生物分子与目标物质相互 作用的装置，用于检测和测量生物体内的特定分 子。
化学传感器的工作原理
1
信号转换
化学传感器接收化学信号并将其转换为可测量的物理信号，如电信号或光信号。
传感器在工业过程监控和控制中发挥关键 作用，提高生产效率和产品质量。
化学与生物传感器的优势和挑战
优势
• 高灵敏度 • 选择性 • 便携性 • 快速响应
挑战
• 稳定性 • 实时监测 • 复杂样品处理 • 成本和可持续性
结语和总结
化学与生物传感器是现代科学领域的重要组成部分，它们在医疗、环境、食 品和工业等领域发挥着关键作用。通过深入研究和创新，我们可以进一步拓 展传感器技术的应用前景。
《化学与生物传感器》 PPT课件
在这个课件中，我们将一起探索化学传感器和生物传感器的世界。从工作原 理到应用领域，让我们一起揭开这个神奇领域的面纱。
我们的团队
专业背景
我们的团队由化学和生物学专家组成，拥有丰富的研究和实践经验。
创新思维
我们致力于挖掘新的传感器技术，不断推动领域的发展。
合作精神
我们与学术界和工业界密切合作，共同解决实际问题。
3
信号检测
检测设备接收并解读信号，确定目标 分子的存在和浓度。
化学与生物传感器的应用领域
1 医学诊断
2 环境监测
化学与生物传感器可用于早期疾病诊断和 治疗监测，提高医疗效率和准确性。
传感器可检测环境中的污染物和有害物质， 4 工业应用
传感器可检测食品中的有害物质和微生物， 确保食品的安全和质量。
生物医学传感器PPT课件
传感器在医学中的作用
医学研究和进行疾病诊断都要求获得人体各方面的 信息。如心脏疾病的诊断，它要求来自从系统到器官、 组织、细胞、分子等各层次的信息，即心音、血压、心 电、心肌组织信息等。实现这些生物信息的检测手段就 是依靠各种各样的医用传感器（medical sensor ） 。
医用传感器就是感知生物体内各种生理的、生化的 和病理的信息，把它们传递出来并转化为易处理的电信 号装置。由于要采集的信号绝大部分是非电学量，传感 器通常是将非电学量转换成电学量，所以又把传感器叫 做换能器。
生物医学传感器
现代信息产业的三大支柱: 传感技术、通信技术和计算机技术
感官
神经
大脑
信息的采集与控制
信息的传输
信息的处理
传感器是信息采集的首要部件，鉴于其重要作用， 世界各国自20 世纪 80 年代开始都将其列为重点发展的 关键技术
生物医学传感器
五官(眼、耳、鼻、舌、身）
大脑
传感器Байду номын сангаас
物理量 感知 化学量
生物医学测量的目的是为了获取生物医学有 用信息，生物医学测量是各种生物医学仪器的基 础。生物体是极其复杂的生命系统，用工程技术 方法获取生物医学信息，通常采用适合生物医学 测量的传感技术和检测技术来实现，这是与普通 测量相区别的。
生物医学传感器
传感器的测量主要表现在以下几个方面：
信息的收集、信息数据的转换、控制信息的采集。
通过传感器来实现。
2．传感器作为测控系统中对象信息的入口、检测技 术的核心部件，在现代化的自动检测、自动控制 和遥控系统中是必不可少的部分：如果缺少了它， 自动化将无从谈起。
生物医学传感器
３．传感器技术广泛应用于航天航空、军事、工 业、农业、医学、环境保护、机器人、汽车、 舰船、灾害预测预防、家电、公共安全以及 日常生活等各个领域，可以说是无所不在。 有人说：征服了传感器，几乎就征服了现代 科学技术。话虽夸张，却说明了传感器技术 在现代科学技术中的重要地位。
生物化学--感受器和效应器 PPT课件
————————————普通生物学 • 第二部分 个体生物学 • 第十一章 感受器和效应器
F. 视觉的化学
P259, 图11-11（右）
视觉细胞：端部，盘状，膜盘； 膜盘：含感光色素； 动、植物感光色素分子的区别 植物：光刺激 → 氧化 → 光合作用； 动物：光刺激 → 分子构相变化 → 动作电位 → 脑 → 感觉
————————————普通生物学 • 第二部分 个体生物学 • 第十一章 感受器和效应器
2. 本体感受器 感受自身肌肉、腱、关节等的状态 — 张力、运动、位置 不会产生“适应”（“习惯化”） 意义：始终可感知身体的状态 很敏感 — 可感知肌肉、器官位置细微改变 意义：完成复杂、细致动作
（外科、绣花、弹琴）；
(4) 听觉和耳： 动物的听觉（自学）； 耳的进化（自学）； 耳的构造； 听觉的产生； 感觉微弱声音的能力； 分辨不同声音的能力
————————————普通生物学 • 第二部分 个体生物学 • 第十一章 感受器和效应器
耳的构造（人、哺乳类） P255, 图11-7
外耳：◆ 组成 — 耳廓、外耳道、鼓膜；
A. 眼的结构
眼球壁 — 3层膜 P258, 图11-10 外膜：巩膜（后、纤维膜）+ 角膜（前）； 中膜 ◆ 脉络膜（后）： 富含血管（营养）； 黑色素（“暗盒”） ◆ 虹膜（前）— 棕黑色、圆盘状 瞳孔：光通路、调节光通量 内膜（视网膜） 唯一的感光神经组织 — 构造最复杂
————————————普通生物学 • 第二部分 个体生物学 • 第十一章 感受器和效应器
→ 刺激纤毛细胞 → 动作电位
→ 听觉、或感知身体姿态；
进化上的关系
◆ 平衡 — 水生动物就有的、原始功能； ◆ 听觉 — 陆生动物才产生的、次生功能
《生物医学传感器》PPT课件
——
响应的被测量转性换敏成感适元于件传把输力或、测压量力的、电力信矩号、部振分动。
生 物
等被测参量转换成应变量或位移量， 电子线路，然由后于再传通感过器各输种出转信换号元一件般把都应很变微量或
医 弱，需要有信号位调移理量与转转换换成电电路量，。进弹行性放元大件、材运料有
学 算调制等。 弹性合金、石英、陶瓷和半导体硅等。
医 学
节，它替代医生的感觉器官（视觉、听觉、触觉、
传 味觉和嗅觉），把医生的定性感觉变为定量测量，
感 决定着医学仪器的测量原理和结构设计。
器
29
生 生物医学传感器
物
医
学 敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被
工 程
测量的部分；
导
论 传感元件是例指如传：感弹器性中材能料将制敏成感的元敏件感感元受件或，弹
3
生 生物医学传感器
物 医
学 ３．传感器技术广泛应用于航天航空、军事、工
工
程 业、农业、医学、环境保护、机器人、汽车、
导
论 舰船、灾害预测预防、家电、公共安全以及
——
日常生活等各个领域，可以说是无所不在。
生 物
有人说：征服了传感器，几乎就征服了现代
医 科学技术。话虽夸张，却说明了传感器技术
学
传 在现代科学技术中的重要地位。
学 断信息，即生化检验信息。它是利用化学传感
传 器和生物传感器来获取，是诊断各种疾病必不
感 可少的依据。
器
23
生 生物医学传感器
物
医
学
工
程
导
论
MB—3型 脉搏波传感器
MB—4型 脉搏波传感器
——
生
物
化学和生物传感器(2)PPT讲稿
图示鼻子类似为传感器
嗅觉膜－生物识别元件
神经细胞－转换器 神经纤维－传导器
大脑－测量元件
当前你正在浏览到的事第四页PPTT，共五十六页。
识别元件
对某种或某类分析物产生选择性响应。
化学量换能器 将某种可以观察到的变化转化为可测量的信号。
传导器
施加一种可计量的作用后整个装置以该部分元件 来运转系统。 电信号或光信号检测器
氟离子选择电极
结构：右图
敏感膜：(氟化镧单晶)
掺有EuF2 的LaF3单晶切片； 内参比电极：Ag-AgCl电极(管内)。
内参比溶液：0.1mol/L的NaCl和0.10.01mol/L的NaF混合溶液 （F-用来控制膜内表面的电位，Cl-用以固定内参比电极的电位）。
当前你正在浏览到的事第十一页PPTT，共五十六页。
电位型生物传感器－pH键联
尿酶
CO(NH2 )2 + H2O ──→ 2NH3 + CO2
葡萄糖氧化酶
葡萄糖 ; H2 O2
在发生上述反应时pH值有变化，所以pH值测定 可以用于监测此反应.
当前你正在浏览到的事第三十二页PPTT，共五十六页。
电流型传感器
LaF3的晶格中有空穴，在晶格上的F-可以 移入晶格邻近的空穴而导电。对于一定的晶体 膜，离子的大小、形状和电荷决定其是否能够 进入晶体膜内，故膜电极一般都具有较高的离 子选择性。
当氟电极插入到F-溶液中时，F-在晶体膜 表面进行交换。
当前你正在浏览到的事第十二页PPTT，共五十六页。
分子的识别－化学识别试剂
E' M
M n
E'0
S lg[M N ]
E池
E' M
第3章 生物医学传感器基础PPT课件
➢③控制或替代生物体某些功能,如临床用的除 颤器和心脏起搏器的电极。
➢有时同一个电极兼有检测和剌激双重功能。心 脏起搏器上的电极即属于此种电极。
根据电极的大小和工作时所处的位置可 将电极分为宏电极和微电极。
宏电极: 是外形较大的电极。它主要用 于测定生物体较大部位电位或向生物体 较大部位施加电剌激。
金属微电极电路图
测定心电、脑电时流过电极电流非常 小,Ag/AgCl电极很适用于作为检测电极 测定心电和脑电。
Ag/AgCl的电极反应是电解反应，与金属 的极化不同。
3.制作Ag/AgCl电极的方法:电解法和烧结法
电解法装置
阳极为要镀AgC1层 的银电极
阴极为供给镀银的银 板
1.5V电池作为电源,串 联电阻R用以限制峰 值电流。
检测电极是敏感元件,用来测定生物电位 的。需用电极把这个部位的电位引导到 电位测量仪器上进行测量,这种电极称为 检测电极。
剌激电极是对生物体施加电流或电压所 用的电极。剌激电极是个执行元件。
剌激电极主要用于三个方面
➢①研究可兴奋组织的传导和反应的规律;
➢②向生物体内通入外加电流以便达到治疗某 种疾病的目的;
➢氯离子与银结合成AgCl,使电极上AgCl层增 厚。
电极作为阴极使用：
➢氯离子从AgCl层中进人溶液,消耗了AgCl层, 使其变薄。
使用Ag/AgCl电极应注意的问题
电极用铜线作引出线，不要使焊点与活组织(或 电解质)接触。因为焊点极化电位是不稳定的。
为使Ag/AgCl电极良好工作,在电极和活组织间 提供足够的氯离子。
解释这种现象可用麦克斯韦(Maxwell)提 出的位移电流的概念。
对于电容器两极板间不导电的介质，虽 然没有自由电荷定向移动形成传导电流， 但却有一个变化的电场E
➢有时同一个电极兼有检测和剌激双重功能。心 脏起搏器上的电极即属于此种电极。
根据电极的大小和工作时所处的位置可 将电极分为宏电极和微电极。
宏电极: 是外形较大的电极。它主要用 于测定生物体较大部位电位或向生物体 较大部位施加电剌激。
金属微电极电路图
测定心电、脑电时流过电极电流非常 小,Ag/AgCl电极很适用于作为检测电极 测定心电和脑电。
Ag/AgCl的电极反应是电解反应，与金属 的极化不同。
3.制作Ag/AgCl电极的方法:电解法和烧结法
电解法装置
阳极为要镀AgC1层 的银电极
阴极为供给镀银的银 板
1.5V电池作为电源,串 联电阻R用以限制峰 值电流。
检测电极是敏感元件,用来测定生物电位 的。需用电极把这个部位的电位引导到 电位测量仪器上进行测量,这种电极称为 检测电极。
剌激电极是对生物体施加电流或电压所 用的电极。剌激电极是个执行元件。
剌激电极主要用于三个方面
➢①研究可兴奋组织的传导和反应的规律;
➢②向生物体内通入外加电流以便达到治疗某 种疾病的目的;
➢氯离子与银结合成AgCl,使电极上AgCl层增 厚。
电极作为阴极使用：
➢氯离子从AgCl层中进人溶液,消耗了AgCl层, 使其变薄。
使用Ag/AgCl电极应注意的问题
电极用铜线作引出线，不要使焊点与活组织(或 电解质)接触。因为焊点极化电位是不稳定的。
为使Ag/AgCl电极良好工作,在电极和活组织间 提供足够的氯离子。
解释这种现象可用麦克斯韦(Maxwell)提 出的位移电流的概念。
对于电容器两极板间不导电的介质，虽 然没有自由电荷定向移动形成传导电流， 但却有一个变化的电场E
仪表与传感器课件
种属 人 马 兔
免疫传感器的种类
— 末端（N端
天冬酰胺、丙 氨酸
天冬酰胺、苏 氨酸
天冬酰胺
—COOH末端 （C端）
甘氨酸、缬氨 酸、丙氨酸、 亮氨酸
缬氨酸、丝氨 酸、亮氨酸、 丙氨酸
亮氨酸、丙氨 酸
仪表与传感器
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2. 抗体
（1）抗体的定义 抗体是由抗原刺激机体产生的特性免疫功能的球蛋 白，又称免疫球蛋白。
9
2. 底物浓度对反应速度的影响
在酶的浓度不变的情况下， 底物浓度对反应速度影响的作 用呈现矩形双曲线。在底物浓 度很低时，反应速度随底物浓 度的增加而急聚加快，两者呈 正比关系，即一级反应。随底 物浓度升高，反应速不呈正比 例加快，反应速度增加的幅度 不断下降。如果继续加大底物 浓度，反应速度不再增加，表 现为0级反应。此时，无论底 物浓度增加多大，反应速度也 不再增加，说明酶被底物所饱 和。
仪表与传感器
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然而，抗体的特异性是相对的，表现在两个 方面：其一，部分抗体不完全与抗原决定簇 相对应。其二，即便是针对某一种半抗原的 抗体，其化学结构也可能不一致。抗原与抗 体结合尽管是稳固的，但也是可逆的。调节 溶液的PH值或离子强度，可以促进可逆反应。 某些酶能促使逆反应，抗原-抗体复合物解离 时，都保持自己本来的特性。
仪表与传感器
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（4） 抗原决定簇
抗原决定簇是抗原分子 表面的特殊化学基团，抗 原的特异性取决于抗原决 定簇的性质、数目和空间 排列。不同种系的动物血 清白蛋白因其末端氨基酸 排列的不同，而表现出各 自的种属性特异。一种抗 原常具有一个以上的抗原 决定簇，如牛血清蛋白有 14个，甲状腺球蛋白有 40个。
（1） 抗原的定义
抗原是能够刺激动物体产生免疫反应的物质。抗原有两种 性能：刺激机体产生免疫应答反应和与相应免疫反应产物发 生异性结合反应。前一种性能称为免疫原性，后一种性能称 为反应原性。具有免疫原性的抗原完全抗原，那些只有反应 原性，不刺激免疫应答反应的称为半抗原。