经济学生物传感器学习教案

1、会计学1经济学生物经济学生物(shngw)传感器传感器第一页，共65页。2n本章小结本章小结第1页/共65页第二页，共65页。3n生物传感器的特点生物传感器的特点第2页/共65页第三页，共65页。4 年代年代 特点特点 研究内容研究内容 60 60 生物传生物传感器初期感器初期 酶电极酶电极7070 发展时发展时期期 微生物传感器，微生物传感器，免疫传感器，免疫传感器，细胞类脂质传细胞类脂质传感器，组织传感器，组织传感器，生物亲感器，生物亲和传感器和传感器8080进入生物进入生物电子学传电子学传感器时期感器时期酶酶FETFET酶光二极管酶光二极管第3页/共65页第四页，共65页。5生物(shn

2、gw)传感器的发展史(2)第4页/共65页第五页，共65页。6快速(kui s)葡萄糖分析仪第5页/共65页第六页，共65页。7第6页/共65页第七页，共65页。8血糖乳酸(r sun)自动分析仪第7页/共65页第八页，共65页。9第8页/共65页第九页，共65页。10第9页/共65页第十页，共65页。11敏感元件酶、抗体(kngt)、核酸、细胞等。转换器电化学电极光学检测(jin c)元件场效应晶体管压电石英晶体酶 (Enzyme)抗体(Antibody)DNA+第10页/共65页第十一页，共65页。12 分子识别元件分子识别元件 生物活性材料生物活性材料酶膜酶膜全细胞膜全细胞膜组织膜组织膜

3、细胞器膜细胞器膜免疫功能膜免疫功能膜各类酶类各类酶类细菌，真菌，动植物细胞细菌，真菌，动植物细胞动植物组织切片动植物组织切片线粒体，叶绿体线粒体，叶绿体抗体，抗原，酶标抗原等抗体，抗原，酶标抗原等第11页/共65页第十二页，共65页。13信号转换器变为可定量(dngling)和处理的电/光信号，再经二次仪表放大并输出，以电极测定其电流值或电压值，从而换算出被测物质的量或浓度。第12页/共65页第十三页，共65页。148.物质物质变化变化声声生物(shngw)敏感膜电化学器件热敏元件光敏元件声敏元件 第13页/共65页第十四页，共65页。15第14页/共65页第十五页，共65页。16热辐射热传导

4、第15页/共65页第十六页，共65页。17固定化酶光检测器第16页/共65页第十七页，共65页。18直按产生(chnshng)电信号方式的生物传感器 例：Cass 等提出(t ch)一种测定葡萄糖的传感器，是用二茂络铁为电子传递体。 G、GL代表葡萄糖和葡萄糖内脂，GODox和GODred为氧化型和还原型的葡萄糖氧化酶，而Fecp2R和Fecp2R+则为还原型和氧化型二茂络铁。 葡萄糖被GOD氧化的同时(tngsh)，GOD被还原成GODred，氧化型的电子传递体2Fecp2R+可将GODred再氧化成GODox， 2Fecp2R在阳极上电化学氧化生成2Fecp2R+。反应直接在电极表面上发生

5、第17页/共65页第十八页，共65页。19第18页/共65页第十九页，共65页。20第19页/共65页第二十页，共65页。21固定化细胞器生物组织切片微生物传感器分子识别(shbi)元件酶传感器免疫(miny)传感器细胞器传感器组织传感器按分子识别元件分类第20页/共65页第二十一页，共65页。22n热敏电阻压电晶体介体生物(shngw)传感器换能器半导体生物传感器生物电极光生物传感器热生物传感器压电晶体生物传感器第21页/共65页第二十二页，共65页。23固定化技术：把生物活性材料与载体固定化成为生物敏感膜。物理(wl)方法：夹心法、吸附法、包埋法；化学方法: 共价连接法、交联法； 近年来,

6、 由于半导体生物传感器迅速发展, 因而又出现了采用集成电路工艺制膜技术。第22页/共65页第二十三页，共65页。24生物量大，响生物量大，响应速度快，重应速度快，重复性好。复性好。第23页/共65页第二十四页，共65页。25离子交换体等。离子交换体等。第24页/共65页第二十五页，共65页。26第25页/共65页第二十六页，共65页。27 A. 单体氧化剂配比为1:2 B. 单体氧化剂配比为1:4C. 单体氧化剂配比为1:5 D. 单体氧化剂配比为1:6 E聚合反应时间为15分钟 F. 聚合反应时间为25分钟G. 聚合反应时间为35分钟 第26页/共65页第二十七页，共65页。28第27页/共

7、65页第二十八页，共65页。29第28页/共65页第二十九页，共65页。30 为了获得高灵敏度和稳定性的生物传感器，应能有效控制酶在电极表面的存在形式，维持高的有序程度。 LB膜技术(jsh)是很好的模拟生物膜的技术(jsh)，可用于将酶和其它物质修饰到电极表面。 Langmuir-Blodgett （LB）膜技术第29页/共65页第三十页，共65页。31LB膜成膜过程(guchng)第30页/共65页第三十一页，共65页。32第31页/共65页第三十二页，共65页。33 酶传感器：酶敏感膜+电化学器件酶的催化作用是在一定(ydng)条件下使底物分解，故酶的催化作用实质上是加速底物分解速度。

8、第32页/共65页第三十三页，共65页。34 酶电极：酶传感器由固定酶和基础电极组成，酶电极的设计主要考虑酶催化过程产生(chnshng)或消耗的电极活性物质，如一个酶催化反应是耗过程，就可以使用 电 极 或 电 极 ； 若 酶 催 化 反 应 过 程 产 生(chnshng)酸，即可使用电极。第33页/共65页第三十四页，共65页。35第34页/共65页第三十五页，共65页。36 故葡萄糖浓度(nngd)测试方法有三种：测耗量测生成量 测由葡萄糖酸而产生的变化。 葡萄糖氧化酶（）葡萄糖+H2O葡萄糖酸第35页/共65页第三十六页，共65页。37第36页/共65页第三十七页，共65页。38第3

9、7页/共65页第三十八页，共65页。39第38页/共65页第三十九页，共65页。40层层第39页/共65页第四十页，共65页。41H2O2 O2+2H+2e第40页/共65页第四十一页，共65页。42第41页/共65页第四十二页，共65页。43微生物固定化膜封闭式氧电极(dinj)或CO2电极(dinj)第42页/共65页第四十三页，共65页。447.7.PtPt第43页/共65页第四十四页，共65页。45第44页/共65页第四十五页，共65页。46微生物固定化模电化学敏感电极被测物质新陈代谢变化（代谢机能）电信号第45页/共65页第四十六页，共65页。47第46页/共65页第四十七页，共65

10、页。48第47页/共65页第四十八页，共65页。49第48页/共65页第四十九页，共65页。50要变化。故根据抗体膜电位的变要变化。故根据抗体膜电位的变化，可测知抗体的附量。化，可测知抗体的附量。第49页/共65页第五十页，共65页。513室注入含有(hn yu)抗体的盐水抗体(kngt)与固定化抗原膜上的抗原相结合膜表面吸附抗体膜带电状态变化1、2室内的电极产生电位差第50页/共65页第五十一页，共65页。52第51页/共65页第五十二页，共65页。53酶光敏二极管的结构(jigu)第52页/共65页第五十三页，共65页。54工作原理： 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

11、，加速发光反应，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(xioyng)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大小。第53页/共65页第五十四页，共65页。55第54页/共65页第五十五页，共65页。56NoImagepHFRTEE303.20第55页/共65页第五十六页，共65页。57举例：用电子聚合物将丁酰胆碱脂酶固定在ISFET 电极的敏感栅极上来测定敌敌畏（1） 检测原理：溶液pH 值变化的减少量(即抑制率) 与农药的浓度呈相关关系（2）器件(qjin)设计 电子聚合物生物传感器阵列单元的MOS场效应管剖面示意图其中(qzhng)，4

12、是Si3N4 钝化层，5是电子聚合物层, 6是生物材料层 第56页/共65页第五十七页，共65页。58场效应管芯片(xn pin)的梳状结构示意图 第57页/共65页第五十八页，共65页。59（3）制备工艺采用标准的MOS工艺制作出MOS场效应管 ；刻蚀去除栅区的金属铝 ；运用PVD法在梳状栅区沉积Si3N4钝化层 （80-150 nm）；采用自组装法在Si3N4钝化层上制备厚度为1-2m的电子聚合物层 (PEDOT)；在PEDOT层上沉积23 m的生物活性材料(cilio)酶 ； 引线、封装 。第58页/共65页第五十九页，共65页。60电子聚合物ENFET的性能(xngnng)测试系统 第

13、59页/共65页第六十页，共65页。6101002003004005006007003.353.403.453.503.553.603.653.703.753.803.85H+ 离子浓 度减小IDS (mA)Time (s)电子(dinz)聚合物ENFET在不同pH值的缓冲溶液中的电流值与时间的关系由上而下，其pH值分别为6.2，6.8，7.5，8.6，9.2 6.06.57.07.58.08.59.09.53.33.43.53.63.73.83.9IDS (mA)pH第60页/共65页第六十一页，共65页。620501001502002503004.654.704.754.804.854.904.95IDS (mA)Time(s)底 物 7.26x10-6 mol/l 3.62x10-5 mol/l 1.45x10-4 mol/l 2.9x10-4 mol