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1、第七章 生物传感器及其在食品工业中应用,第一节 生物传感器原理以及生物敏感材料 的固定化和成膜技术 第二节 生物传感器在食品工业中的应用,第七章 生物传感器及其在食品工业中应用,一、生物传感器基本概念 1、传感器（sensor transducer）：是一种能把一种信号转换成另一种信号以实现信号检测的元器件。 被转换的信号通常包括磁、力、热、电、光和化学等信号，这些信号可以转换成声、光、电等信号以便分析和检测。,第一节、生物传感器原理以及生物敏感材料的固定化和成膜技术,生物传感器（Biosensor）:是由固定化并具有化学分子识别功能的生物材料、换能器件及信号放大装置构成的分析工具或系统。 生

2、物传感器是因为其敏感元件来自于生物而得名。生物传感器选择性的好坏完全取决于它的敏感元件，而其它性能则和它的整体组成有关。,2、生物传感器的定义,1、生物传感器的基本组成 由生物敏感元件、换能器和信号处理放大装置构成 生物敏感元件：又称分子识别元件，它是酶、抗原（体）和微生物细胞等具有分子识别能力的生物分子经固定化后形成的一种膜结构，对被测定的物质有选择性的分子识别能力。,二、生物传感器的基本组成和分类,生物传感器的基本组成,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc

3、.,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,生物敏感元件,换能器,二、生物传感器的基本组成和分类,信号处理放大装置,换能器：又称为转换器，它能将识别元件上进行的生化反应中消耗或生成的化学物质，或产生的光或热等转换为电信号，并且在一定条件下，产生的电信号强度和反应中物质的变化量或（和）光、

4、热等的强度呈现一定的比例关系，从本质讲它就是一种化学传感器。 信号处理放大装置：它能将换能器产生的电信号进行处理、放大和输出。,（1）依据生物传感器中分子识别元件的敏感性物质分类,2、生物传感器的分类,（2）依据生物传感器的信号转换器分类,通过生物的分子识别作用，生物传感器中的生物敏感材料和生物样品中的待测物质特异性结合，并进行生物化学反应，产生离子、质子和质量变化等信号，信号的大小在一定条件下和样品中被测物质的量存在一定的关系，这些信号经换能器转换成电信号，电信号再经信号分析处理系统处理后输出，反映出样品中被测物质的量。,三、生物传感器工作原理,常见的生物反应有四类： 酶促反应 免疫学反应

5、微生物反应 生物反应中发生的物理量变化,1、生物传感器的反应基础,Click to add title in here,Click to add title in here,Click to add title in here,Click to add title in here,4,1,2,3,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,1、生物传感器的反应基础,常见的反应有四类,免疫学反应,4,1,2,3,y is a Design Digital Conte

6、nt & Contents mall developed by Guild Design Inc.,酶促反应,微生物反应,生物反应中发生的物理量变化, 由于敏感物质经固定化，故可重复使用； 样品无需预处理，可直接分析； 响应快，样品用量微； 分析操作简单； 除缓冲液外无需添加试剂； 不要求样品的清晰度； 可连续分析，联机操作，易于实现自动化测量； 传感器成本远低于大型的分析仪器。,2、生物传感器的特点,四 、敏感膜的成膜技术和活性物质的固定化技术,敏感膜由生物活性物质经固定化后形成。 1、传感器的敏感膜必需具备的性质 可重复使用； 具有分子识别功能，能直接进行底物分析； 样品量要求少； 除了缓

7、冲溶液以外，一般无需添加其它试剂； 对样品的浊度和颜色无要求； 分析操作简单，可连续自动测定。,2、活性物质的固定化技术 一般将敏感生物材料固定在一人造膜内或其表面，通常有以下几种方法： 夹心法、吸附法、包埋法、交联法、共价结合法 、微囊法、半导体工艺固定化法等。,4. Description of the business,5. Description of the business,1. Description of the business,2. Description of the business,3. Description of the business,ThemeGallery

8、 is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,将生物材料封闭在双层滤膜之间。 微生物细胞敏感膜制备： 将微生物培养物离心、洗涤、重新悬浮在蒸馏水或缓冲溶液中； 测定菌悬液的光密度，确定菌体浓度； 取一定量的菌悬液滴于微孔滤膜上； 用合适的沙芯漏斗将水轻轻抽干，使菌体成一薄层均匀附着于膜表面；,夹心法, 在菌体层上覆盖一层气透膜或微孔滤膜，让微生物夹在两层膜之间，边缘用橡胶圈或胶水密封，以防止微生物细胞泄露。 这种方法的优点是操作简单，不需要任何化学处理，固定化生物量大，响应速度快，重现较好

9、，尤其适用于微生物和组织膜制作。,第二节 生物传感器在食品工业中的应用,一、检测食品鲜度 （一）鱼鲜度传感器 鱼、贝类水产品的鲜度是评价其质量的重要指标。鱼死后体内ATP经酶解依次形成ADP、AMP、IMP、肌苷、次黄嘌呤和尿酸。因此有人提出用K值表示鲜度： 肌苷+次黄嘌呤 K(%)=ATP +ADP+AMP+IMP+肌苷+次黄嘌呤+尿酸,由于大多数鱼死后520小时， ATP、ADP和AMP已分解殆尽，所以鱼的鲜度主要取决于以下三个步骤：即 IMP 肌苷 次黄嘌呤 尿酸。 因此K值可简化为Ki： 肌苷 + 次黄嘌呤 Ki=100% IMP + 肌苷 + 次黄嘌呤,Ki值越小，鱼越新鲜。 采

10、用催化上述三步骤的三种酶即5-核苷酸酶、核苷磷酸化酶、黄嘌呤氧化酶固定化后制成酶膜与氧电极构成了测定鱼肉的鲜度计。电极工作原理是以次黄嘌呤和黄嘌呤氧化酶反应所消耗的氧量所对应的氧电极的电流改变值为基础。,肉类在腐败过程中会产生各种胺类，故测定胺类也能反应肉类的新鲜程度。 Chemnititus等人用腐胺氧化酶与过氧化氢电极构成多胺生物传感器，测定鱼肉在贮藏过程中的鲜度，响应时间40s,，测定腐胺线性范围为0.0310-63 10-6mol/L。,（二）肉鲜度传感器,Kress等人开发了一种快速测定肉类鲜度的匕首型生物传感器，其探头可现场刺入食品表面24mm深处，通过测定葡萄糖浓度评价肉类食品的

11、新鲜度。 （三）牛乳鲜度传感器 牛乳鲜度可以通过乳中的菌数或乳酸含量来判断，牛乳鲜度传感器实际上就是一个菌数测定仪或乳酸测定仪。另外也可通过测定短链脂肪酸含量判断乳及乳制品的鲜度。,二、检测食品滋味及熟度,日本农林水产省研制出一种传感器，可“品尝”肉汤的风味，用于肉汤生产过程的质量控制。 利用动物味觉或嗅觉器官中化学识别分子研制味觉传感器或研制仿生味觉传感器。 Bussolati用从牛鼻粘膜中分离出的一种气味结合蛋白作为敏感材料，成功地对香味进行了测定，可望实现对食品中香味物质进行快速客观的评定。,三、在食品分析中的应用,（一）检测蛋白质和氨基酸 （二）测定糖含量 （三）测定食品中醇类 （四）测定有机酸,（一）食品中微生物的检测 如腐败菌的检测： 病原菌的检测：沙门氏菌、致病性大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌 （二）生物传感器检测食品中的毒素 细菌毒素、真菌毒素、藻类毒素以及动植物毒素等。,四、在食品卫生检测中的应用,（三）生物传感器检测食品中残留农药和抗生素 有机磷农药、青霉素、磺胺等。 （四）生物传感器检测食品中的添加剂 添加剂种类繁多，如亚硝酸盐、甜味素、烟碱、苯甲酸钠等等。,Thank you !,GOOD LUCK！EVERY ONE,

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生物传感器技术及其应用;一   生物传感器技术简介
二   生物传感器基本分类及原理
三   生物传感器技术的应用
四   前景

;
 随着生物技术的发展，生物检测技术广泛的应用到食品，环境，医学各个领域，如生物酶技术，PCR技术，生物传感器技术，生物芯片技术等，本文重点介绍生物传感器技术及其在各领域的应用。;        生物感应器技术简介;生物传感器的分类及原理;     生物识别元件或称生物敏感膜(biosensitive membrane)或生物功能膜(biofunction membrane)，是生物传感器的核心器件，其分子识别能力决定生物传感器的选择性和灵敏度，直接影响传感器的性能和质量。生物膜中固定的生物活性材料可以是酶、核酸、抗原和抗体、细胞及生物组织或它们的组合，随着相关技术的发展还引入了高分子聚合物模拟酶及人工合成的受体等，使生物识别元件的概念进一步延伸。
 换能器的作用则是将生物或化学反应过程中产生的各种信息转变成可方便测量的信号，反应的信息是多元化的，包括各种生物、化学和物理信息，现代电子学、微电子学及传感技术的成果为检测这些信息提供了丰富的手段。
;;生物传感在线分析系统;在食品安全上的应用;在医学领域中的应用;在环境检测中的应用;在军事领域中的应用;                前景;谢谢！

生物传感器ppt：电化学生物传感器ppt

PPT内容

这是电化学生物传感器ppt下载，主要介绍了概述；电化学生物传感器的信号转换器；电化学生物传感器的分类；生物传感器的展望，欢迎点击下载。

Contents 一.概述定义：由生物材料作为敏感元件，电极作为转换元件，以电势或电流为特征检测信号的传感器。种类：原理：在利用生物传感器进行物质检测时, 待测物质经扩散作用进入生物活性材料, 经分子识别, 发生生物学反应, 产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的声、光、电等信号, 再经2次仪表放大并输出, 便可知道待测物浓度。二.电化学生物传感器的信号转换器 1、电位型电极离子选择电极 离子选择电极是一类对特定的阳离子或阴离子呈选择性响应的电极，具有快速、灵敏、可靠、价廉等优点。在生物医学领域常直接用它测定体液中的一些成分（例如H+，K+，Na+，Ca2+等）。氧化还原电极 氧化还原电极是不同于离子选择电极的另一类电位型电极。这里指的主要是零类电极 2、电流型电极氧电极 有不少酶特别是各种氧化酶和加氧酶在催化底物反应时要用溶解氧为辅助试剂，反应中所消耗的氧量就用氧电极来测定。此外，在微生物电极、免疫电极等生物传感器中也常用氧电极作为信号转换器，因此氧电极在生物传感器中用得很广。目前用得最多的氧电极是电解式的Clark氧电极，Clark氧电极是由铂阴极、Ag/AgCl阳极、KCl电解质和透气膜所构成。三、电化学生物传感器的分类 （一）酶传感器酶电极电化学电极顶端紧贴一层酶膜酶的固定化技术酶传感器应用（二）免疫传感器 基本原理：采用抗原与抗体的特异反应将待测物与酶连接，然后通过酶与底物产生颜色反应，用于定量测定。酶联免疫吸附测定法（ELISA） 测量时，抗原（抗体）先结合在固相载体上，但仍保留其免疫活性，然后加一种抗体（抗原）与酶结合成的偶联物（标记物），此偶联物仍保留其原免疫活性与酶活性，当偶联物与固相载体上的抗原（抗体）反应结合后，再加上酶的相应底物，即起催化水解或氧化还原反应而呈颜色。其所生成的颜色深浅与欲测的抗原（抗体）含量成正比。方法临床应用酶电极在40nL的微池中检测D-Dimer浓度应用于临床试验。检测到D-Dimer浓度范围为0.1 -100 nM ，抚育时间从几小时减少到5分钟。利用抗原抗体反应前后电位的变化检测B型肝炎抗原。检测浓度范围为4-800 ng/ml，检测限达1.3 ng/ml。此方法比常规检测更加直接，快速，简单。（三）细胞传感器 定义：以动植物细胞作为生物敏感膜的电化学传感器，此系酶电极的衍生型电极。动植物细胞中的酶是反应的催化剂。 优点：与酶电极相比应用 细胞传感器可用于诊断早期癌症，用人类脐静脉内皮细胞通过三乙酸纤维素膜固定在离子选择性电极上作为传感器，肿瘤细胞中VEGF刺激细胞使电极电位发生变化从而测得VEGF浓度来诊断癌症。四.生物传感器的展望 目前生物传感器主要还处在实验室研究阶段，仍需要较长的一段时间才能实现产业化。比如，大多数电化学酶传感器只是对单一组分中的污染物具有响应，而传感器应用于监测实际样品中污染物仍有许多亟待解决的实际问题。 生物传感器是一项崭新的技术手段，它在发展中难免会遇到各种问题，但是它的应用前景和自身优势毋庸置疑。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。相信随着大量资金的涌入和多学科的融入，这些问题都将迎刃而解。

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生物传感器ppt：第11章生物传感器ppt课件

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这是第11章生物传感器ppt课件，包括了简要介绍，酶传感器，微生物传感器，免疫传感器，半导体生物传感器，生物传感器应用与未来，本章小结等内容，欢迎点击下载。

生 物 传 感 器（biosensor）
目录
11.1 简要介绍
11.2 酶传感器
11.3 微生物传感器
11.4 免疫传感器
11.5 半导体生物传感器
11.6 生物传感器应用与未来
本章小结
11.1  简要介绍
生物传感器的发展史
定义及说明
生物传感器的基本组成和工作原理
生物传感器的分类
生物传感器的固定方法
生物传感器的特点
生物传感器的发展史(1)
最先问世的生物传感器是酶电极，Clark和Lyons最先提出组成酶电极的设想。
70年代中期，人们注意到酶电极的寿命一般都比较短，提纯的酶价格也较贵，而各种酶多数都来自微生物或动植物组织，因此自然地就启发人们研究酶电极的衍生型：微生物电极、细胞器电极、动植物组织电极以及免疫电极等新型生物传感器，使生物传感器的类别增多；
进入本世纪80年代之后，随着离子敏场效应晶体管的不断完善，于1980年Caras和Janafa率先研制成功可测定青霉素的酶FET。
生物传感器发展的整体划分:
第一代生物传感器以将生物成分截留在膜上或结合在膜上为基础，这类器件由透析器(膜)、应器(膜)和电化学转换器所组成，其实验设备相当简单。
第二代生物传感器是指将生物成分直接吸附或共价结合在转换器的表面上，从而可略去非活性的基质膜。
第三代生物传感器是把生物成分直接固定在电子元件上，例如FET的栅极上，它可直接感知和放界面物质的变化，从而将生物识别和电信号处理集合在一起。这种放器可采用差分方式以消除干扰。
生物传感器定义及说明
生物传感器利用生物活性物质选择性的识别和测定实现测量，主要由两部分组成：一为功能识别物质（分子识别元件），由其对被测物质进行特定识别；其二是电、光信号转换装置（换能器），由其把被测物所产生的化学应转换成便于传输的电信号或光信号。
生物传感器的基本组成和工作原理
生物传感器的基本组成
生物传感器的工作原理分类
生物传感器基本构成示意图
生物传感器的分子识别元件
生物传感器的工作原理
生物传感器的工作原理
将化学变化转变成电信号（间接型）
将热变化转换为电信号（间接型）
将光效应转变为电信号（间接型）
直按产生电信号方式（直接型）
化学物质
物理              热
被测                化学 （产生  光  ）                         电信号
物质                变化              声
将化学变化转变成电信号的生物传感器
将热变化转换为电信号的生物传感器
将光效应转变为电信号的生物传感器
被测物——         ——h  ——         ——电信号
生物传感器的特点
根据生物应的奇异和多样性，从理论上讲可以制造出测定所有生物物质的多种多样的生物传感器；
这类生物传感器是在无试剂条件下工作的(缓冲液除外)，比各种传统的生物学和化学分析法操作简便、快速、准确；
可连续测量、联机操作、直接显示与读出测试结果。
生物传感器的分类
按分子识别元件分类
按换能器分类
固定化酶
 固定化
 微生物                                    固定化免疫物质
固定化细胞器                                     生物组织切片
按器件分类
电化学电极                                光学换能器
介体                                      半导体
传递系统                                   换能器
热敏电阻                                      压电晶体
生物传感器的固定方法
夹心法
将生物活性材料封闭在双层滤膜之间，形象地称为夹心法。
这种方法的特点是操作简单，不需要任何化学处理，固定生物量，响应速度快，重复性好。
吸附法
用非水溶性固相载体物理吸附或离子结合，使蛋白质分子固定化的方法。
载体种类较多，如活性炭、高岭土、硅胶、玻璃、纤维素、离子交换体等。
包埋法
把生物活性材料包埋并固定在高分子聚合物三维空间网状结构基质中。
此方法的特点是一般不产生化学修饰，对生物分子活性影响较小；缺点是分子量的底物在凝胶网格内扩散较固难。
共价连接法
使生物活性分子通过共价键与固相载体结合固定的方法。
此方法的特点是结合牢固，生物活性分子不易脱落，载体不易被生物降解，使用寿命长；
缺点是实现固定化麻烦，酶活性可能因发生化学修饰而降低。
交联法
依靠双功能团试剂使蛋白质结合到惰性载体或蛋白质分子彼此交联成网状结构。
这种方法广泛用于酶膜和免疫分子膜制备，操作简单。
11.2  酶传感器
酶传感器信号变换方式
葡萄糖传感器
信号变换方式
(1)电位法
电位法是通过不同离子生成在不同感受体，从测得膜电位去计算与酶应有关的各种离子的浓度。一般采用铵离子电极（氨气电极）、氢离子电极、氧化碳电极等；
(2)电流法
电流法是从与酶应有关的物质的电极应得到的电流值来计算被测物质的方法。电化学装置采用的是氧电极。燃料电池型电极和过氧化氢电极等；
葡萄糖传感器
工作原理
测量氧消耗量的葡萄糖传感器
测Ｈ2Ｏ2生成量的葡萄糖传感器
工作原理
测量氧消耗量的葡萄糖传感器
测量氧消耗量的葡萄糖传感器
氧电极构成：①由Ｐb阳极和Ｐt阴极浸入碱溶液，②阴极表面用氧穿透葡萄糖（基质）膜覆盖[特氟隆，厚约１０μm]
氧电极测O2原理：利用氧在阴极上首先被还原的特性。溶液中的O2穿过特氟隆膜到达Pt阴极上，当外加一个直流电压为氧的极化电压(如0.7V)时，则氧分子在Pt阴极上得电子，被还原:其电流值与含O2浓度成比例。
Ｏ2+２Ｈ2Ｏ+４e=======４ＯＨ－
聚四氟乙烯膜（作用）
它避免了电极与被测液直接相接触，防止了电极毒化；如电极Pt为开放式，它浸入含蛋白质的介质中，蛋白质会沉淀在电极表面上从而减小电极有效面积，使电流下降，使传感器受到毒化。
测Ｈ2Ｏ2生成量的葡萄糖传感器
Pt阳极
聚四氟乙烯膜（作用）
固相酶膜
半透膜多孔层
半透膜致密层
葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ）葡萄糖+H2O＋Ｏ２―――――――→葡萄糖酸＋Ｈ２Ｏ２
葡萄糖氧化产生Ｈ２Ｏ２，而Ｈ２Ｏ２通过选择性透气膜，在Pt电极上氧化，产生阳极电流。葡萄糖含量与电流成正比，由此可测出葡萄糖溶液浓度。
在Ｐt电极上加0.6V电压时，则产生的阳极电流为：
11.3   微生物传感器
分类
好气性微生物传感器
厌气性微生物传感器
注： 气→Ｏ２
微生物固定方式及工作原理
好气性微生物传感器
微生物的呼吸可用氧电极或二氧化碳
电极来测定结构
被测                               氧消耗变化                                  电信号
物质                                   （呼吸技能）
O2电极好气性微生物传感器
电解液
O型环
Pb阴极
聚四氟乙烯
固化微生物膜
尼龙网
Pt阳极
O2电极好气性微生物传感器响应曲线
厌气性微生物传感器
可测定微生物代谢产物，可用离子选择电极来测定
甲酸传感器(H2电极厌气性微生物传感器)
圆环
液体连接面
电解液(100mol/m3磷酸缓冲液)
Ag2O2电极(阴极)
Pt电极(阳极)
聚四氟乙烯膜
甲酸传感器原理
将产生氢的酪酸梭状芽菌固定在低温胶冻膜上，并把它固定在燃料电池Pt电极上；
当传感器浸入含有甲酸的溶液时，甲酸通过聚四氟乙烯膜向酪酸梭状芽菌扩散，被资化后产生H2,而H2又穿过Pt电极表面上的聚四氟乙烯膜与Pt电极产生氧化还原应而产生电流，此电流与微生物所产生的H2含量成正比，而H2量又与待测甲酸浓度有关，因此传感器能测定发酵溶液中的甲酸浓度。
11.4   免疫传感器
免疫传感器的工作原理
免疫传感器的结构
免疫传感器的工作原理
基本原理是免疫应。利用固定化抗体（或抗原）膜与相应的抗原（或抗体）的特异应，使得生物敏感膜的电位发生变化。
抗原或抗体一经固定于膜上，就形成具有识别免疫应强烈的分子功能性膜。如，抗原在乙酰纤维素膜上进行固定化，由于蛋白质为双极性电解质，（正负电极极性随ＰＨ值而变）所以抗原固定化膜具有表面电荷。其膜电位随膜电荷要变化。故根据抗体膜电位的变化，可测知抗体的附量。
免疫传感器的结构
11.5  半导体生物传感器
酶光敏二极管
酶FET
酶光敏二极管
酶光敏二极管由催化发光应的酶和光敏二极管(或晶体管)半导体器件构成；
在硅光敏二极管的表面透镜上涂上一层过氧化氢酶膜，即构成了检测过氧化氢的酶光敏二极管；
当二极管表面接触到过氧化氢时，由于过氧化氢酶的催化作用，加速发光应，产生的光子照射到硅光敏二极管pn结点，从而改变了二极管的导通状态。即将发光效应转换成光敏二极管的光电流，从而检测出过氧化氢及其浓度小。
酶光敏二极管的结构
酶FET
结构与工作原理
结构：多数由以有机物所制作的敏感膜与HFET(氢离子场效应管)组成。
制法：去掉FET的栅极金属，在此处固定生物敏感膜，如氮化硅膜，它易于被离子和水分渗透，而且表面一旦与若干水分溶化在一起时（称为水合作用），下式中的电位与氢离子浓度倒数的对数(即PH值)成比例。
11.6  生物传感器应用与未来
应用：发酵工业、医疗机构、事
发展方向：
集成化微型生物传感器的研究
生物芯片(仿人脑)
仿生传感器(蝙蝠的超声波定位、海豚的声纳导航测距、信鸽的方向识别、狗的嗅觉)
本章小结
概念:生物传感器
问题1:请问生物传感器有哪些组成部分?
问题2:简要说明一下生物传感器的固定方法，并分别进行比较。

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