生物化学传感器省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

电化学生物传感器第1页一、什么是生物传感器？生物传感器(Biosensor)是指用固定化生物体成份或生物体本身作为敏感元件传感器，是一个将生物化学反应能转换成电信号分析测试装置。第2页电化学生物传感器基本组成敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件第3页二、电化学生物传感器信号转换器 离子选择电极 电位型电极 氧化还原电极电化学电极 电流型电极 氧电极第4页1、电位型电极 离子选择电极 离子选择电极是一类对特定阳离子或阴离子呈选择性响应电极，含有快速、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一些成份（比如H+，K+，Na+，Ca2+等）。氧化还原电极氧化还原电极是不一样于离子选择电极另一类电位型电极。这里指主要是零类电极。第5页2、电流型电极 电化学生物传感器中采取电流型电极为信号转换器趋势日益增加，这是因为这类电极和电位型电极相比有以下优点：电极输出直接和被测物浓度呈线性关系，不像 电位型电极那样和被测物浓度对数呈线性关系。电极输出值读数误差所对应待测物浓度相 对误差比电位型电极小。电极灵敏度比电位型电极高。第6页氧电极 有不少酶尤其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，反应中所消耗氧量就用氧电极来测定。另外，在微生物电极、免疫电极等生物传感器中也惯用氧电极作为信号转换器，所以氧电极在生物传感器中用得很广。当前用得最多氧电极是电解式Clark氧电极，Clark氧电极是由铂阴极、Ag/AgCl阳极、KCl电解质和透气膜所组成。XiaopingLiu,OihuiLiu.NitricOxide.,13(1):6877 第7页 第8页三、电化学生物传感器分类（依据敏感物质分类）酶传感器免疫传感器组织传感器、细胞传感器等第9页 （一）酶传感器酶电极电化学电极顶端紧贴一层酶膜朱建中,周衍.传感器世界.1997,4:18 第10页1、酶固定化技术惰性载体惰性载体物理吸附法物理吸附法离子载体离子载体交换法交换法活化载体活化载体共价结正当共价结正当物理包埋法物理包埋法乔丽娜,周在德.化学研究与应用.,17(6):299302第11页物理吸附法酶分子经过极性键、氢键、疏水力或电子相互作用等吸 附于不溶性载体上。惯用载体有：多孔玻璃、活性炭、氧化铝、石英砂、纤维素酯、葡聚糖、琼脂精、聚氯乙烯、聚苯乙烯已用此法固定化酶如：脂肪酶、D葡萄糖苷酶、过氧化物酶等 交换法 选取含有离子交换剂载体，在适宜pH下，使酶分子与离子交换剂经过离子键结合起来，形成固定化酶。惯用带有离子交换剂载体以下：DEAE一纤维素、TEAE一纤维素、AE纤维素、CM纤维素、DEAE一葡萄糖、肌酸激酶第12页共价结正当a.重氮 b.迭氮 c.卤化氰 d.缩合e.烷基化法 物理包埋法 将酶分子包埋在凝胶细微格子里制成固定化。惯用凝胶有：聚丙烯酸胺、淀粉、明胶、聚乙烯醇、海藻酸钙、硅树脂 用凝胶包埋法制备固定化酶如：木瓜蛋白酶、纤维素酶、乳酸脱氢酶第13页2、酶传感器应用（1）葡萄糖传感器大肠杆菌改良型葡萄糖传感器MWCNTs-HRP葡萄糖传感器检测血清中葡萄糖浓度第14页大肠杆菌改良型葡萄糖传感器利用大肠杆菌中葡萄糖脱氢酶(mGDH)对氧分子不敏感性而降低干扰。此传感器把大肠杆菌细胞固定在附有苯醌石墨电极上，中间夹有一层透析膜。检测葡萄糖浓度达0.2-10 mM，响应时间在2min左右，此葡萄糖传感器用EDTA处理后可再度使用。ItoY,Yamazaki S,BiosensBioelectron.,17(11-12):993-8第15页MWCNTs-HRP葡萄糖传感器施加电压为-300mv时，可防止抗坏血酸、尿酸等干扰，对葡萄糖在GOD作用下生成过氧化氢有高灵敏度。MWCNTs和HRP混合物固定在电极上，制成MWCNTs-HRP改进型电极。检测限达1.0 x 10(-7)mol/L,还可在线检测葡萄糖。YamamotoK,ShiG.Analyst.,128(3):249-54第16页检测血清中葡萄糖浓度在普通葡萄糖电极上加一层多功效膜，使测量不受血液中其它金属离子以及抗坏血酸、尿酸等干扰物质影响。此多功效膜为磷酸胆碱，甲基丙稀酰胺和纤维素聚合物。检测血清中葡萄糖浓度达5-650mg/dl，响应时间小于60s，有很好重现性和稳定性。Chen CY,Ishihara K.Biomed Microdevices.1998,1(2):155-66第17页（2）脲电极Urea+2H2O 2NH4+2HCO3-脲 酶产生2NH4+为阳离子电极感应。另外还有：氨基酸电极醇电极尿酸电极乳酸电极青霉素电极亚硝酸离子电极：菠菜亚硝酸还原酶产生NH3第18页（二）免疫传感器基本原理 采取抗原与抗体特异反应将待测物与酶连接，然后经过酶与底物产生颜色反应，用于定量测定。在这种测定方法中有3种必要试剂：固相抗原或抗体（免疫吸附剂）酶标识抗原或抗体（标识物）酶作用底物（显色剂）第19页酶联免疫吸附测定法 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，然后加一个抗体（抗原）与酶结合成偶联物（标识物），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抗原（抗体）反应结合后，再加上酶对应底物，即起催化水解或氧化还原反应而呈颜色。其所生成颜色深浅与欲测抗原（抗体）含量成正比。第20页1 1、双抗体夹心法、双抗体夹心法此法适合用于检验各种蛋白此法适合用于检验各种蛋白质等大分子抗原质等大分子抗原2 2、间接法、间接法间接法是检测抗体最惯用方法，间接法是检测抗体最惯用方法，其原理为利用酶标识抗体检测已其原理为利用酶标识抗体检测已与固相结合受检抗体，故称为间与固相结合受检抗体，故称为间接法。接法。3 3、竞争法、竞争法竞争法可用于抗原和半抗原定量测竞争法可用于抗原和半抗原定量测定，也可用于测定抗体。定，也可用于测定抗体。第21页酶联免疫吸附测定法临床应用酶电极在40nL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，抚育时间从几小时降低到5分钟。利用抗原抗体反应前后电位改变检测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。此方法比常规检测愈加直接，快速，简单。RossierJS,GiraultHH.LabonaChip.,1(2)：153-157TangDP,YuanR.AnalBiochem.,333(2):345-50第22页（三）细胞传感器 以动植物细胞作为生物敏感膜电化学传感器称为细胞电极，此系酶电极衍生型电极。动植物细胞中酶是反应催化剂。与酶电极比较，细胞电极含有以下优点：1.酶活性较离析酶高。2.酶稳定性增大。3.材料易于取得。第23页细胞传感器应用 细胞传感器可用于诊疗早期癌症，用人类脐静脉内皮细胞经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改变从而测得VEGF浓度来诊疗癌症。MayKM,VogtA.AnalBioanalChem.,382(4):1010-6第24页生物传感器特点 专一性好，灵敏度高 体积小，可连续在线、在位、在体监测 响应快、样品用量小，能够重复屡次使用 易于实现多组分同时测定 成本远低于大型分析仪器，便于推广普及展望 伴随一些关键技术深入完善，伴随人们对生物体认识不停深入，伴随各学科不停发展，生物传感器必将在未来会有更大作为。第25页谢谢 谢谢 第26页