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生物传感器 biosensor Outline： 一、what is biosensor? 对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器 是由固定化的生物敏感材料作识别元件与适当的理化换能器及信号放大装置构成的分析工具或系统          三、生物传感器结构和原理         生物传感器的选择性取决于它的生物敏感元件，而生物传感器的其他性能则和它的整体组成有关。  2、生物传感器与传统的分析方法相比，具有如下的优点： 1）.生物传感器是由选择性好的生物材料构成的分子识别元件，因此一般不需要样品的预处理，样品中的检测组分的分离和检测同时完成，且测定时一般不需加入其它试剂； 2）.由于它的体积小，可以实现连续在线监测；   3）.响应快，样品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反复多次使用； 4）.传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器，便于推广普及。   生物传感器分类示意图 四、生物传感器中的信       号转换器 1.电化学型信号转换器    电化学电极（固体电极、离子选择性电极、气敏电极等）作为信号转换器已广泛用于酶传感器、微生物传感器及其他类型的生物传感器中。化学反应与电荷变化密切相关，将待测物质以适当形式置于电化学反应池，测量其电化学性质（如电位、电流和电容等）变化可实现物质含量的测定。 3.热敏电阻型信号转换器           热敏电阻是由铁、镍、钴、钛等金属氧化物构成的半导体。从外形上分类有珠型、片型、棒型、厚膜型、薄膜型与触点型等。凡有生物体反应的地方，大都可观察到放热或吸热反应的热量变化（焓变化）。 6.表面等离子体共振型信号转换器surface plasmon resonance,SPR 6.1结构与原理     在SPR中，光入射在金属薄膜上，产生衰减场。如果在金属薄膜一侧加上一层待测物质，试样与金属薄膜的偶联影响了结构的折射率，从而影响了反射光、衰减波以及等离子体共振。电磁场沿着金属表面传播，其衰减场按指数规律衰减。 SPR传感器的敏感机制有两种：一是SPR的电磁场效应；二是生物大分子相互作用对介电性质的影响。传感器原理示意如下 6.2特点与应用 SPR传感系统使用面非常广。在微生物检测、药物筛选、血液分析、DNA分析、抗原/抗体分析、有毒气体检测等方面都有不俗的表现，对于环境污染的控制、医学诊断、食品及药物检测、工业遥感等方面将是有力的工具。 SPR型传感器的发展趋势：微型化，即在敏感元件上集成更多的器件；多组分同时测定，同一敏感器件可以测量不同的生化成分，一方面提高仪器的使用效率，另一方面也完善了SPR测量机理，这一要求也是对于通用生化分析仪器的共同要求； SPR型传感器呈现多元化发展，不同的场合对于SPR仪器性能要求也不同，在微电子技术、光纤技术、生物膜技术的支持下，各种SPR型传感器将被开发出来。  生物传感器的发展趋势  发展生物传感器最初的目的是为了利用生化反应的专一性，高选择性的分析目标物。但是，由于生物单元的引入，生物结构固有的不稳定性、易变性，生物传感器实用化还存在着不少问题。因此，人们作出了一些努力与设想来提高生物传感器的性能。 （1）选择性  主要可从两方面提高生物传感器的选择性：改善生物单元与信号转换器之间的联系以减少干扰；选择、设计新的活性单元以增加其对目标分子的亲和力。如在酶电极中加入介体或对酶进行化学修饰可以提高这类电极的选择性，其中介体或用于修饰的物质大都具有一定的电子运载能力。    在此启发下，一些研究者设想将酶活性中心与换能器之间用一些分子导线通过自组装技术连接起来以消除电化学干扰。       目前，杂环芳烃的低聚物是研究的热点，它们极有可能成为这一设想的突破口。另外，随着计算化学的发展，更精确地模拟、计算生物分子之间的结合作用已经成为可能。在此基础上就可根据目标分子的结构特点设计、筛选出选择性和活性更高的敏感基元。  （2）稳定性  为了克服生物单元结构的易变性，增加其稳定性，最常用的手段是采用对生物单元具有稳定作用的介质、固定剂。研究表明用合适的溶胶-凝胶作为生物单元的固定剂应用于酶光极，可以大大提高生物单元的稳定性。但就目前的技术水平而言，很多生物单元的稳定性远远不能满足实际应用的需要。这种情况下寻求生物酶模拟技术的帮助是一种值得尝试的途径。    （3）灵敏度  对于一些特定的分析对象已发展了一些能大幅度降低检测限的技术。如Turner等人研制的一种以DNA为敏感源的传感器，利用液晶分散技术将DNA聚阳离子配合物固定在换能器上，所有能影响DNA分子间交联度的化学和物理因素均能被灵敏地捕获，并反映为一个强的、具有“指纹”结构的园二色谱吸收峰。在用DNA-鱼精蛋白配合物测量胰蛋白时检测限低至10-14mol/L

生物传感器 ppt：生物传感器技术及其应用PPT.ppt

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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