内容简介生物传感器生物传感器的构成生物传感器分类7.1生物材料的固定化技术吸附法所谓吸附法就是依据带电荷的细胞和载体之间的静电、表面张力和粘附力的作用，使细胞固定在载体表面和内部形成生物膜。其可分为物理吸附法和离子吸附法两种。物理吸附法是使用具有高吸附能力的物质，如硅胶、活性炭、多孔玻璃、碎石、硅藻土、多孔砖、陶瓷片、木屑等吸附剂，将微生物吸附在表面使其固定化；离子吸附法是利用微生物在解离状态下离子键合作用而固定于带有相反电荷的离子交换剂上。共价法共价结合法是细胞表面上官能团和固相支持物表面的反应基团形成化学共价键连接，从而固定微生物。许多生物分子，如脂质分子和一些蛋白质分子，在洁净的水表面展开后能形成水不溶性液态单分子膜，小心压缩表面积使液态膜逐渐过渡到成为一个分子厚度的拟固态膜。这种膜以技术的发明者Langmuir和Blodgett命名，称为L—B膜。一是酶膜可以制得很薄(数nm厚)，厚度和层数可以精确控制；二是可以获得高密度酶分子膜。由此可能协调响应速度和响应活性这对矛盾。7.2经典生物传感器原理与应用一．酶传感器的原理酶传感器主要由固定化酶膜和变换器组成：固定化酶膜可以选择性地“识别”被检测的物质，并且催化被“识别”出的物质发生化学反应；变换器则把这一催化反应中底物或产物的变量转换成电信号，进而通过仪表显示出来。其原理是当工作电极相对于参考电极维持在一恒定的极化电压时测量输出电流。当工作电极表面上电活性物质还原或氧化时，产生一个电流。该电流在一定的条件下可由下式给出：基本上由酶膜和克拉克型氧电极或过氧化氢电极组成。酶传感器的研究重点均放在提高识别分子部位的酶膜特性上。在综合判断酶传感器的检测灵敏度、反应速度、稳定性及使用的简易程度时，两者并无明显的差异。免疫传感器由于抗体与其分别对应的抗原有选择性结合能力，因此可确立利用抗原、抗体反应的免疫测定法。据此设计的生物传感器称为免疫传感器。原理：根据红血球中所含的血型物质(凝集素)与血清中血型抗体的结合反应。A、B、O型系统的血型物质为糖脂质，将这些血型物质从红血球中抽提出来调制成抗原膜，抗原膜的膜电位在凝集反应时发生显著变化，从而可容易地判别血型。(1)竞争的抗原抗体反应在含有测定对象的抗原样品溶液中，添加一定量的标识抗原。标识抗原与非标识抗原竞争做地在传感器的抗体膜表面上结合，形成抗原抗体结合体。(2)清除游离的抗原清洗传感器的抗体膜，清除没有形成抗原抗体结合体的游离抗原。当在红血球或脂质体(双层磷脂结构)等表面存在抗原时，就可能在这些表面形成抗原抗体复合物。由于抗原抗体结合后蛋白构象的改变，暴露了补体的结合点，补体与之相结合，导致红血球或脂质体膜的破裂，使内容物迅速外溢。根据这个原理，如果在红血球或脂质体中将预先用离子电极所检出的标识离子封入，则进行补体反应时，抗原抗体复合物上就会释放出数量众多的标识离子。微生物传感器是一种生物选择性电化学探测器，是由经适当方法培养的细菌细胞(或经固定化的细胞)覆盖于相应的电化学传感器件表面而成。它利用细胞中酶对待测物的水解、氨解或氧化等反应的选择性催化作用，以及电化学传感器元件对反应物的有选择探测，依据反应的化学计量关系，定量地测出底物存在量的信息。用微生物取代酶作为生物活性物质。呼吸活性型微生物传感器由好氧性微生物固定化膜和氧电极组合而成，测定时以微生物的呼吸活性为基础。当微生物传感器插入溶解氧保持饱和状态的试液中时，试液中的有机化合物受到微生物的同化作用，微生物的呼吸加强，在电极上扩散的氧减少，电流值急剧下降。当有机物由试液向微生物膜的扩散活动趋向恒定时，微生物的耗氧代谢活性型微生物传感器测定时以微生物的代谢活性为基础，其结构如图所示。当微生物摄取有机化合物，生成的各种代谢产物中含有电极活性物质时，用安培计(电流法)可测的氢、甲酸和各种还原型辅酶等代谢物，而用电位计(电压法)则可测得二氧化碳、有机酸(氢离子)等代谢物。由此可以得到有机化合物浓度的信息。把硝酸菌从废水处理设施的硝化槽中分离出来，放在指定的培养液中培养。然后把硝酸菌移到多孔性乙酸纤维膜上固定，接着再把纤维膜覆盖在隔膜氨电极的聚四氮乙烯膜表面上，就制成了氨生物传感器。原理：肠膜明串珠菌只要缺少微量的苯丙氨酸就不能生长，其代谢产物主要为乳酸。7.2新型生物传感器原理及应用一．生物芯片的基本概念某一含N个核苷酸的寡聚核苷酸，通过4×N个化学步骤能合成出4N个可能结构。例如：一段8个碱基的寡核苷酸有65，536种排列的可能，通过32个化学步骤，8个小时就能合成65，536个探针。点样法是将预先通过液相化学合成好的探针、或PCR技术扩增cDNA或基因组DNA经纯化、定量分析后，通过由阵列复制器（ARD）或阵列点样机（arrayer）及