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电化学与生物传感器：一文读懂电化学生物传感器

原标题：一文读懂电化学生物传感器

01.

电化学生物传感器

传感器是一种能够将从外界探测到的信号（物理条件、化学组成）作为信息以一定方式，如电信号等形式输出的装置。

传感器作为人类感官的延伸被应用于医学、航天科学以及日常生活中。

其中，电化学生物传感器是传感器技术领域的一个新分支，结合了生物与电子检测技术。

最早提出的生物传感器原理是用葡萄糖氧化酶与氧电极组合检测葡萄糖，此后的关于生物（酶）传感技术的研究逐渐发展为一门交叉学科的综合技术，在食品检测、环境监测、药物以及临床等方面得到了广泛应用。

02.

工作原理

电化学生物传感器以电极作为转换元件和固定载体，将生物敏感物质，如抗原、抗体、酶、激素等，或者生物本身作为敏感元件固定在电极上，通过生物分子之间的特异性识别作用将目标分子与其反应信号转化成电信号，如电容、电流、电位、电导率等，从而实现对目标分析物的定性或定量检测。

电化学生物传感器中电极充当了电子的给体或受体，模拟生物体系电子传递机理和代谢过程，可以测定热力学和动力学参数。

利用生物反应的特异性和电化学分析方法的灵敏度，结合两者的实时检测性，为生物样品的检测提供了强有力的手段。

03.

分类

主要是依据敏感元件的不同分为以下几种：

电化学免疫传感器

抗体和抗原的结合是一对一的，利用这一点，电化学免疫传感器将免疫物质固定在电极表面作为敏感元件，将抗原/抗体反应达到平衡状态后的生物反应信号→电信号通过电极输出。

其优点在于利用抗体的强特异性，省略样品预分离步骤，节省分析时间的同时保证了分析结果的可靠性。

电化学免疫传感器分为直接型和间接型，区别在于是否采用标记物。直接电化学免疫传感器直接依靠抗体或者其携带的大量电荷在发生免疫结合时产生的电化学变化，从而测得阻抗、离子通透性、电导率等参数的改变。

间接电化学免疫传感器则需要利用标记物放大免疫反应的信号，再间接测定免疫物质的浓度。

电化学酶电极传感器

高中课本说酶催化作用具有高效性和专一性，这里以酶作为敏感元件，电极作为转换元件，通过酶的催化作用将不可检测的底物转化为可被电化学方法检测的产物。电化学酶传感器的发展大致经历了三个阶段：

第一代，通过测定反应过程产生或者消耗的电活性物质来确定被测物的浓度。葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase, GOD)电极，通过检测氧气的消耗、过氧化氢的产生或者酸度的变化来间接测定葡萄糖的含量。

第二代，以媒介体进行酶的电活性中心与电极之间的电子沟通，通过检测电极上媒介体被氧化所产生的电流变化反应底物浓度的变化。金属油鸡课上学到的二茂铁及其衍生物是常用媒介体喔~

“

没错

是我

”

第三代，将酶固定到电极表面，使酶的氧化还原活性中心与电极直接“交流”，面对面更好办事。

电化学DNA传感器

DNA具有储存和传递信息的功能，在生物的生长、繁殖、发育、遗传、变异和转化等生命活动中具有十分重要的作用。对于遗传病、传染病以及肿瘤等疾病诊治方面，检测基因与其表达产物蛋白质、分析外源基因的变异性与多态性质显得尤为重要。

电化学DNA传感器主要检测核酸的杂交反应，它以电极为换能器，单链或基因探针为敏感元件，与识别杂交信息的电活性指示剂共同构成。

在适当的温度、pH和离子强度下，被固定在电极表面的DNA探针分子能与目标物选择性杂交，形成双联DNA，导致电极表面结构发生改变，从而改变电极的信号传导，通过检测电信号的变化来达到检测目标物或特定基因的目的。

04.

制备

首要大事是固定生物敏感元件。（敲黑板）

①在一定的空间内限制生物敏感元件

②不能妨碍待测物的自由扩散

目前电极表面生物材料的修饰方法主要有：

05.

应用

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电化学与生物传感器
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《电化学与生物传感器》主要介绍当前最常用的电化学传感器装置的原理、设计及在生物医学中的应用。通过讨论传感器的近期发展，便于科研工作者归纳文献，开展研究工作。《电化学与生物传感器》适用于所有对化学传感器和生物传感器的发展和应用感兴趣的科学家、工程师及研究生。电化学与生物传感器的发展是分析研究中最活跃的领域之一。除了电化学与生物传感器的背景知识，《电化学与生物传感器：原理、设计及其在生物医学中的应用》还涉及不同类型传感器的内容。
书    名
电化学与生物传感器
作    者
张学记
出版社
化学工业出版社
出版时间
2009年7月1日
页    数
16开
定    价
88 元
开    本
16 开
ISBN
目录
1
内容简介
2
编辑推荐
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作者简介
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图书目录
电化学与生物传感器内容简介
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本书详细论述了常用的电化学传感器装置的原理、设计方法及其在生物医学方面的应用；综述了离子选择性电极的发展趋势、电化学免疫传感器的发展、用于糖尿病检测的现代葡萄糖生物传感器、基于纳米材料（如纳米管或纳米晶）的生物传感器、检测氮的氧化物和过氧化物的生物传感器以及检测杀虫剂的生物传感器等；内容涵盖电化学传感器和生物传感器的所有范围。本书取材新颖，内容丰富。适用于分析化学、材料化学、生物、医学、临床检验、工业分析、环境监测和农业分析等领域的研究人员使用。
电化学与生物传感器编辑推荐
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电化学与生物传感器的发展是分析研究中最活跃的领域之一。本书主要介绍当前最常用的电化学传感器装置的原理、设计及在生物医学中的应用。通过讨论传感器的近期发展，便于科研工作者归纳文献，开展研究工作。本书适用于所有对化学传感器和生物传感器的发展和应用感兴趣的科学家、工程师及研究生。除了电化学与生物传感器的背景知识，本书还涉及不同类型传感器的内容。包括：设计技术及技巧，不同传感器的优缺点，传感器的构造及制作，进一步的发展及应用。
电化学与生物传感器作者简介
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张学记，1994年于武汉大学获博士学位，并于1995年至1999年分别在斯洛文尼亚国家化学研究所（ETH，苏黎世）和新墨西哥州立大学从事博士后研究。他在传感器领域有18年的研究经验及产业化经验。现任美国World Precision Instruments公司的高级副总裁及南佛罗里达大学的名誉教授，“Frontiers in Bioscience”杂志副主编。发表论文70余篇，授权发明专利12项，并有多项传感器及装置实现了产业化。在国际会议及20多个国家的大学做了50余次大会报告及特邀报告。
电化学与生物传感器图书目录
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第1章 NO电化学传感器1.1 前言1.2 电化学传感器检测NO的原理1.3 NO检测电极的构造1.4 NO电极的标定1.5 NO电极的表征1.6 NO电极的应用1.7 结论及展望1.8 致谢1.9 参考文献第2章 农药生物传感器2.1 前言2.2 生物催化剂在农药生物传感器中的应用2.3 基于酶的生物传感器2.4 农药免疫传感器2.5 基于全细胞和细胞组织的农药传感器2.6 主要干扰物和样品预处理2.7 结论2.8 致谢2.9 参考文献第3章 葡萄糖电化学生物传感器3.1 简介3.2 四十年的发展历程3.3 第一代葡萄糖生物传感器3.4 第二代葡萄糖生物传感器3.5 体外葡萄糖检测3.6 连续实时体内监测3.7 结论与展望3.8 参考文献第4章 离子选择性电极的新进展4.1 前言4.2 传统离子选择性电极4.3 新的能量转换原理4.4 新型传感材料4.5 微型化4.6 结论与展望4.7 致谢4.8 参考文献第5章 电化学免疫分析及免疫传感器研究进展5.1 引言5.2 抗体?抗原相互作用5.3 免疫分析及免疫传感器5.4 抗体固定模式5.5 电化学检测技术5.6 微流控电化学免疫分析系统5.7 结论5.8 参考文献第6章 超氧化物电化学及生物传感器：原理、进展及应用6.1 超氧化物的化学和生物化学过程6.2 O2生物检测综述6.3 O2电化学及O2电化学传感器6.4 O2电化学传感器6.5 结论及展望6.6 致谢6.7 参考文献第7章 场效应器件检测带电大分子：可行性和局限性7.1 引言7.2 裸EIS传感器和功能化EIS传感器结构的电容?电压特性7.3 利用大分子自身所带电荷直接检测DNA7.4 免指示剂检测DNA的新方法7.5 利用聚电解质层和合成DNA的检测结果7.6 结论与展望7.7 致谢7.8 参考文献第8章 生物样品中H2S产物的电化学传感器第9章 免疫传感器的最新进展第10章 用于体内pH测定的微电极第11章 生物芯片——原理与应用第12章 生物燃料电池第13章 基于电活性无机多晶体的化学及生物传感器第14章 基于纳米粒子的生物传感器和生物分析第15章 基于碳纳米管的电化学传感器第16章 基于溶胶?凝胶材料固定生物分子的生物传感器第17章 基于蛋白质直接电子转移的生物传感器索引
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参考资料
1.

电化学与生物传感器--原理、设计及其在生物医学中的应用

电化学与生物传感器：电化学应用--＞交流阻抗法检测SARS-CoV-2冠状病毒

说实话，事业单位很好，当然进公司也是很不错的选择。我认为化学类太内卷是因为盲目推崇高校就业。
电极会氧化，可以用氮气干燥
这种溶出峰应该是你的玻碳电极和参比电极之间电流相比较的差别的体现，当玻碳电极电流和参比电极电流直接的差值恒定的时候，就是基线，如果玻碳电极的电流比这个恒定的差值更大的时候，就是正峰，如果比这个恒定的差值小的时候就是倒峰，最后又回到了恒定值，所以又回到了基线。
明白基线和峰是怎么回事，就应该容易找出波碳电极电流变小的原因的，我觉得可能你选的参比电极可能是Ag/AgCl电极，而你的测试溶液里可能有Ag+离子，因此，你的参比电极测出来的电流并不是恒定的，而是变大了，在波碳电极的电流又回到了基线的电流水平的时候，银电极的电流还是大的，所以会出倒峰。
硅基罗丹明展示出优异的光稳定性、较高的水溶性以及近红外发光。通过引入不同Hammett常数的取代基可精确调控硅基罗丹明光谱性质。
硅罗丹明染料的合成开发研究方兴未艾。硅取代氧形成的硅罗丹明不但保留了罗丹明优异的光物理性质，而且使光稳定显著提高，光谱红移至近红外光区。目前，罗丹明的常见合成方法有1）芳基锂试剂和硅杂蒽酮的亲核加成反应；2）硅桥连双亲核试剂与芳基酰氯或羧酸酯反应；3）CuBr2或对甲苯磺酸催化的二芳基硅醚中间体与芳基醛固相反应。
Hochest-SiR
产品英文名称：Hochest-SiR
外观：实心
分子式：C54H55N9O4Si
分子量：922.18
储存条件：-20°C，在黑暗中
结构式：
SiR-PEG4-Me-tetrazine
产品英文名称：SiR-PEG4-Me-tetrazine
外观：实心
分子式：C46H55N7O8Si
分子量：862.07
储存条件：-20°C，在黑暗中
纯度 98%
货期 一周
包装：瓶装/袋装
地址：西安
结构式：
SiR-PEG4-DBCO 硅基罗丹明-四聚乙二醇-二苯基环辛炔
产品英文名称：SiR-PEG4-DBCO
产品中文名称：硅基罗丹明-四聚乙二醇-二苯基环辛炔
外观：实心
分子式：C56H63N5O9Si
分子量：978.23
储存条件：-20°C，在黑暗中
结构式：
SiR-COOH 硅基罗丹明-羧基
SiR-Maleimide 硅基罗丹明-马来酰亚胺
SiR-NHS ester 硅基罗丹明-琥珀酰亚胺酯
SiR-tetrazine 硅基罗丹明-四嗪
SiR-Me-tetrazine 硅罗丹明-四嗪荧光探针
SiR-DBCO 硅基罗丹明-二苯基环辛炔
SiR650-BG 硅基罗丹明-苄基鸟嘌呤
小编：axc
SnO2通过转化和合金化反应存储锂，被认为是最典型的负极材料之一，并在机理探索和性能调整方面得到了广泛的研究。然而，在 SnO2电极上形成的固体电解质中间相 (SEI) 的结构及其演化过程很少被关注且仍然知之甚少。
在此，华南理工大学胡仁宗教授等人全面研究了SnO2薄膜电极的SEI组成和结构演变。通过飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）可以在基于SnO2的电极中观察到SEI的双层混合结构，由靠近电解液的外部有机SEI (O-SEI) 层和靠近SnO2电极的内部无机SEI (In-SEI) 层组成。
多尺度观察揭示了合金化反应后的SEI积累和有机层在去转化反应以上电位时的明显溶解，这导致无机层直接暴露在电解液中，从而变得厚实和不均匀。破碎和厚的SEI导致容量快速衰减和97.5% 的低库仑效率 (CE)。
图1. SEI的TOF-SIMS表征及SnO2电极的结构演变
因此，作者证明了当SnO2电极预涂有LiF或Li2CO3时，会诱导形成坚固且薄的 SEI层并在连续循环中稳定，从而提高循环稳定性并将CE提高到99.5%。
这项工作为 SnO2负极上的SEI演化机制增加了新的见解，强调了在开发高性能负极中形成坚固SEI膜的重要性，并提出了一种为锂离子电池制造高性能金属氧化物负极的有效策略。
图2. SnO2、SnO2-LiF和SnO2-Li2CO3电极的SEI形成过程和结构演变
Multiscale Observations of Inhomogeneous Bilayer SEI Film on a Conversion-Alloying SnO2Anode，Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.
最后12小时！Materials Studio零基础培训：揭秘高手私藏的建模、计算与分析技巧！?mp.weixin.qq.com/s/8BIUKxYAqNR8RPjhbjVy3A【机器学习+材料】零基础培训带你快速入门，抓住科研新风口！?mp.weixin.qq.com/s/D_uGZY1owu24ECyuazjtawVASP催化计算培训，6天30个专题，超强课程带你横扫DFT难点！?mp.weixin.qq.com/s/0rWMStjAvmBVxLWCY6r_dw
严重急性呼吸系统综合征（SARS-CoV-2）是全球大流行的病原体，已导致100多万人死亡，报告病例数千万，因此需要一种可在现场环境下操作的快速、准确和便携式检测机制。
基于带有便携式电化学装置的纸张基底的电化学传感器，可以证明是减轻该疾病对经济和公共健康影响的一种极好的替代方法。
文章来源于《Screen-Printed Graphene/Carbon Electrodes on Paper Substrates as Impedance Sensors for Detection of Coronavirus in Nasopharyngeal Fluid Samples》，提出了一种利用抗SARS-CoV-2刺突抗体IgG检测SARS-CoV-2刺突蛋白(RBD)的阻抗生物传感器。
这种利用丝网印刷电极的无标签平台基于探针的氧化还原反应阻抗原理工作，可以直接检测鼻咽液中的抗原峰以及在通用传输介质（UTM）中采集的病毒样本。
高导电性石墨烯/碳墨水用于此目的，以便具有较小的背景阻抗，从而导致更宽的检测动态范围。
通过化学实体或生物实体将抗体固定在电极表面以观察其效果；其中，生物固定化可增强抗体负载，从而提高灵敏度。
纸基免疫化学传感器修饰优化方案的CV和EIS表征：
在这两种情况下，定量限都非常低（即0.25 fg/mL），但是，基于生物实体的固定化的线性范围要宽3个数量级。
不同浓度RBD的传感器响应在稀释的鼻咽样本中直接加标，并通过线性回归方程获得相应的校准曲线：
传感器的特异性也针对高浓度H1N1流感抗原进行了测试，但没有明显的反应。最优化的传感器用于识别阴性和阳性的COVID-19样本，具有极高的准确性和精密度。
文章中所用的电化学分析仪,由荷兰PalmSens公司提供的PalmSens4和Sensit BT两种型号的电化学分析仪。
需要了解更多电化学方面的知识，请关注我们或进入PalmSens中文网站：“

电化学与生物传感器：电化学生物传感器前景

描述

　　电化学生物传感器
　　传感器与通信系统和计算机共同构成现代信息处理系统。传感器相当于人的感官，是计算机与自然界及社会的接口，是为计算机提供信息的工具。电化学生物传感器是指由生物材料作为敏感元件，电极（固体电极、离子选择性电极、气敏电极等）作为转换元件，以电势或电流为特征检测信号的传感器。
　　根据作为敏感元件所用生物材料的不同，电化学生物传感器可分为：（1）酶电极传感器；（2）微生物电极传感器；（3）电化学免疫传感器；（4）组织电极与细胞器电极传感器；（5）电化学ＤＮＡ传感器。
　　电化学与生物传感器是由化学、生物学、物理学、医学、电子技术等多种学科相互渗透发展起来的高新技术，具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低的特点，能在复杂体系中进行在线连续监测，广泛应用于化学、生命科学、生物医学、环境监测、食品、医药和军事等领域。
　　电化学生物传感器前景
　　近年来，随着生物科学、信息科学和材料科学发展成果的推动，电化学生物传感器技术飞速发展。今后一段时间里，电化学生物传感器的研究工作将主要围绕选择活性强、选择性高的电化学生物传感元件;提高信号检测器的使用寿命;提高信号转换器的使用寿命。可以预见，未来的电化学生物传感器将实现功能多样化、微型化、智能化、集成化等特点。
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