《传感器技术与应用》课件-13.2酶传感器

传感器技术与应用13.2酶传感器CONTANTS目录13.1概述0113.2酶传感器020213.3免疫传感器0313.4微生物传感器0413.5其他常见生物传感器及应用0513.2酶传感器0213.1概述生物传感器利用酶、抗体、微生物等作为敏感材料，并将其产生的物理量、化学量的变化转化为电信号，用以检测与识别生物体内的化学成分。

生物传感器（Biosensor）起源于20世纪60年代，在20世纪80年代得到了公认与发展，并作为传感器的一个分支应用于食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面。

酶传感器是利用被测物质与各种生物活性酶在化学反应中产生或消耗的物质量，通过电化学装置转换成电信号，从而选择性地测出某种成分的器件。

广泛应用于检测血糖、血脂、氨基酸、青霉素、尿素等物质的含量。操作简单体积小便于携带现场测试13.2酶传感器

酶是由生物体内产生并具有催化活性的一类蛋白质，也成为生物催化剂。与一般催化剂作比较：相同点：仅能影响化学反应的速度，而不改变反应的平衡点不同点：（1）酶的催化效率比一般催化剂要高106~1013倍；（2）酶催化反应常温常压条件下即可进行；（3）酶的催化具有高度的专一性，即一种酶只能作用于一种或一类物质，产生一定产物，而非酶催化剂对作用物没有如此严格的选择性。（4）酶的催化过程是一种化学放大，即物质通过酶的催化作用能产生大量产物。13.2.1酶的特性酶传感器——也称为“酶电极”，由生物酶膜和各种电极（如：离子选择电极、气敏电极、氧化还原电极等）组合而成。图13-7电化学酶传感器的基本原理示意图

工作原理——被测物质与各种生物活性酶在化学反应中产生或消耗的物质量，通过电化学装置（电极）转换成电信号，从而选择性地测出某种成分。13.2.2酶传感器的结构及原理酶传感器电流输出型电压输出型由与酶催化反应有关物质电极反应所得到的电流来确定反应物质的浓度，一般采用氧电极、H2O2电极等；通过测量敏感膜的电位来确定与催化反应有关的各种物质的浓度，一般采用NH3电极、CO2电极、H2电极等13.2.2酶传感器的结构及原理检测方式被测物质酶检测物质电流型氧检测方式葡萄糖过氧化氢尿酸胆固醇葡萄糖氧化酶过氧化氢酶尿酸氧化酶胆固醇氧化酶O2过氧化氢检测方式葡萄糖L-氨基酸葡萄糖氧化酶L-氨基酸氧化酶H2O2电位型离子检测方式尿素L-氨基酸D-氨基酸天门冬酰胺L-酪氨酸L-谷氨酸青霉素尿素酶L-氨基酸氧化酶D-氨基酸氧化酶天门冬酰胺酶酪氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶青霉素酶NH4+NH4+NH4+NH4+CO2NH4+H+表13-2酶传感器的分类13.2.2酶传感器的结构及原理酶的固定是酶生物传感器研究的关键环节能保持生物活性单元的固有特性，避免自由活性单元应用上的缺陷目前，已有的固化技术有吸附法、化学交联法、共价键合法、物理包埋法图13-8酶的固定化技术13.2.3酶的固化技术（a）吸附法

（b）化学交联法

（c）共价键合法

（d）物理包埋法（1）Clark氧电极

Clark氧电极是使用最广泛的液相氧传感器，用以测定溶液中溶解氧的含量。由一个阳极和一个阴极电极浸入溶液所构成氧通过一个通透膜扩散进入电极表面，在阳极减少，并产生一个可测量电流。酶促反应以及微生物呼吸链中的氧化磷酸化使得电子流入氧，并被氧电极所测量。采用一个特氟龙（Tefolon）膜将电极部分与反应腔隔离，它可以使氧分子穿透并到达阴极，在那里电解并消耗氧，产生的电流电位可以被仪器所记录。图13-9Clark氧电极13.2.4酶传感器的应用13.2.4酶传感器的应用(2)葡萄糖酶电极传感器的测量由酶膜和Clark氧电极（或过氧化氢电极）组成将葡萄糖酶传感器插入被测葡萄糖溶液中，葡萄糖发生氧化反应，消耗氧，生成葡萄糖酸和过氧化氢H2O2H2O2通过选择性透气膜，使电极表面的氧化量减少，相应电极的还原电流减少，从而可以通过电流值的变化来确定葡萄糖的浓度葡萄糖浓度越高，消耗的氧就越多，生成的过氧化氢也越多

通过区分氧电极、过氧化氢电极，是以是否使用电子转移媒介体，可以将葡萄糖酶电极区分为以下两个不同的类型：(2)葡萄糖酶电极传感器的测量①

氧电极葡萄糖传感器②

过氧化氢电极葡萄糖传感器以铂电极（-0.6V）作为阴极，Ag/A