生物传感器

生物传感器 回顾 生物传感器是利用生物要素与物理化学检测要素组合在一起对被分析物进行检测的装置 生物传感器包括三个部分 敏感的生物元件及分子识别元件 生物材料如生物组织 微生物 细胞器 细胞感受器 酶 抗体 核酸等 生物派生材料或者类生物材料 这些敏感的生物元件可以通过生物工程来创造 连接二者的转换器 信号转换器检测元件 用如光学 压电 电化学 温度或者电磁等物理化学方式工作 电子测量仪 糖类传感器和L 乳酸传感器 葡萄糖传感器传感器的测量原理如图所示 传感器由电极部分和反应剂层构成 反应剂层的主要成分是酶和氧化型电子受容体 当供给试料液时 由于酶作用 基质选择性地氧化 同时氧化型电子受容体发生还原反应 还原型电子受容体的浓度和基质浓度相关联 当加电压到电极上时 还原型电子受容体发生氧化 根据氧化生成的电流 可算出基质浓度 糖类传感器和L 乳酸传感器 传感器的结构和制造方法 如图所示 在树脂板上 用印刷法制成银条和绝缘层 电极 作用电极和对电极 是碳片 用银线接通电极和测量器 作用电极面积为1平方毫米 将酶和试剂制成溶液 滴在电极上 干燥后形成反应试剂层 将反应试剂层夹在盖板和隔子间 放在作用电极之上 空间部分约3 l 这样就构成了传感器 测量时 将传感器装在测定器上 测定器自动接上电源 进入工作状态 传感器的尖端部分 接触试料液 由于毛细管作用 试料液进入空间部分 试料液被反应试剂层吸收后 酶就发生作用 经规定时间后 在测量器的作用电极和对电极问加上规定的电压脉冲 就能得到氧化电流 根据氧化电流算出基质浓度 由LCD 液晶显示器 显示出来 糖类传感器和L 乳酸传感器 葡萄糖是自然界广泛存在的单糖 是生物代谢不可缺少的物质 葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下 发生选择性氧化 氧化型电子受容体 Fe CN 6 3 变成 Fe CN 6 4 一 得到氧化电流值 根据氧化电流值 可算出葡萄糖浓度 这一过程中的电化学反应如下两式所示 用葡萄糖传感器测量的结果 如图4所示 从图可看到 葡萄糖浓度和传感器电流 氧化电流 基本上是线性关系 糖类传感器和L 乳酸传感器 蔗糖传感器蔗糖是食品中广泛含有的成份 蔗糖传感器的电化学反应式如式 4 所示 蔗糖传感器是使用转化酶 INV 旋酶 MUT 和葡萄糖氧化酶氧化型电子受容体也是 Fe CN 6 3 其电化学反应式为 糖类传感器和L 乳酸传感器 果糖传感器果糖是果实中的主要糖类测试果糖和葡萄糖可评价果实的甘昧 果糖抟感器的工作原理相似于葡萄糖传感器 在酶的作用下 果糖发生氧化同时生成亚铁氰化钾根据氧化电流值 可定量测出果糖浓度 糖类传感器和L 乳酸传感器 L 乳酸传感器食品中的乳酸量的控制和测量 对发酵工程管理 乳酸饮料的制造 品质控制均有重要关系 L 乳酸传感器和前述的糖类传感器一样也是用亚铁氰化钾作氧化型电子受容体 酶是用特别的乳酸氧化酶 COD 其反应式为 在食品分析中的应用 果汁含糖量的定量分析对糖分的定量测量 对果品类加工食品的制造工艺 原料和产品质量管理 对果品熟度 甘味 品质评价等 都是很重要的 表1是对果汁含葡萄糖和蔗糖的定量测量结果的比较和调整液体色层分离法 HPLC 的比较 可以看出 传感器测出的含糖量偏低些但总的来说 还是有良好的相关性 在食品分析中的应用 乳酸饮料中的L 乳酸的足量分析乳酸传感器可对市售的乳酸饮料中的L 乳酸进行定量测量 传感器的反应试剂层中 含0 2M磷酸缓冲液 将不同类的乳酸饮料加水10倍稀