第7章生物传感器课件.pptx

第第7 7章章 生物传感器生物传感器7-2 7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-3 7-3 酶传感器酶传感器上节内容回顾上节内容回顾7-2Slide 2被测物质被测物质生生物物敏敏感感膜膜生物学反应信息生物学反应信息敏敏感感元元件件电信号电信号二二次次仪仪表表第第7章章 生物传感器生物传感器 生物传感器的基本组成生物传感器的基本组成被测物质被测物质生生物物敏敏感感膜膜生物学反应信息生物学反应信息敏敏感感元元件件电信号电信号二二次次仪仪表表生物学反应：生物学反应：酶促反应酶促反应免疫学反应免疫学反应微生物反应微生物反应受体配体结合反应受体配体结合反应生物学反应信息：生物学反应信息：离子变化离子变化质子变化质子变化气体分压变化气体分压变化传感器元件：传感器元件：离子选择性电极离子选择性电极场效应晶体管场效应晶体管热敏元件热敏元件7-3第第7章章 生物传感器生物传感器 Slide 3 酶传感器酶传感器 微生物和组织及细胞传感器微生物和组织及细胞传感器 免疫传感器免疫传感器传传感感器器7-2 7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-1 7-2-1 生物敏感膜生物敏感膜 生物传感器的最关键部分；生物传感器的最关键部分；载有载有生物活性物质生物活性物质的的膜层膜层；生物活性物质：生物活性物质：迅速识别被测物质并与之发生化学反应；迅速识别被测物质并与之发生化学反应；具有高特异性和敏感性。

具有高特异性和敏感性膜材料：天然，人工膜材料：天然，人工 第第7章章 生物传感器生物传感器 图图 7.2.1 7.2.1 生物敏感膜示意图生物敏感膜示意图Slide 4表表7.2.1 生物传感器的生物敏感膜及其生物活性材料生物传感器的生物敏感膜及其生物活性材料生物敏感膜生物敏感膜生物活性材料生物活性材料酶膜酶膜各种酶类各种酶类全细胞膜全细胞膜细菌，真菌，动植物细胞细菌，真菌，动植物细胞组织膜组织膜动植物组织切片动植物组织切片细胞器膜细胞器膜线粒体，叶绿素线粒体，叶绿素免疫功能膜免疫功能膜抗体，抗原，酶标抗原抗体，抗原，酶标抗原7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-1 生物敏感膜生物敏感膜按照生物活性材料的不同，生物敏感膜可包括按照生物活性材料的不同，生物敏感膜可包括:Slide 51.1.基于基于生物催化反应生物催化反应的生物敏感膜的生物敏感膜2.2.基于基于生物吸附生物吸附的生物敏感膜的生物敏感膜3.3.基于基于天然生物膜和人工生物膜天然生物膜和人工生物膜的生物敏感膜的生物敏感膜按照其分子识别原理，生物敏感膜可包括按照其分子识别原理，生物敏感膜可包括:7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-1 生物敏感膜生物敏感膜Slide 6基于敏感膜中的特定酶与底物反应；基于敏感膜中的特定酶与底物反应；在接触生物物质或有机物质后，发生催化反应；在接触生物物质或有机物质后，发生催化反应；生成的化学产物，其中一种产物可有传感器元件所感知。

生成的化学产物，其中一种产物可有传感器元件所感知1.1.1.1.基于生物催化反应的生物敏感膜基于生物催化反应的生物敏感膜基于生物催化反应的生物敏感膜基于生物催化反应的生物敏感膜7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-1 生物敏感膜生物敏感膜图图 7.2.2 7.2.2 基于生物催化反应的生物敏感膜示意图基于生物催化反应的生物敏感膜示意图Slide 7基于生物亲和性物质（抗体基于生物亲和性物质（抗体-抗原，抗原，DNA-RNADNA-RNA等）；等）；一方固定在膜上作为分子识别元件；一方固定在膜上作为分子识别元件；特异性反应引起膜电位变化特异性反应引起膜电位变化2.2.2.2.基于生物吸附的生物敏感膜基于生物吸附的生物敏感膜基于生物吸附的生物敏感膜基于生物吸附的生物敏感膜7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-1 生物敏感膜生物敏感膜图图 7.2.3 7.2.3 基于生物吸附的生物敏感膜示意图基于生物吸附的生物敏感膜示意图Slide 8直接利用具有生物活性的天然生物膜或人工生物膜；直接利用具有生物活性的天然生物膜或人工生物膜；3.3.3.3.基于天然生物膜和人工生物膜的生物敏感膜基于天然生物膜和人工生物膜的生物敏感膜基于天然生物膜和人工生物膜的生物敏感膜基于天然生物膜和人工生物膜的生物敏感膜7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-1 生物敏感膜生物敏感膜Slide 9图图 7.2.4 7.2.4 天然生物膜和人工脂质双分子膜天然生物膜和人工脂质双分子膜生物敏感膜需要满足哪些性能？7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜必须满足一定的性能，才能够达到实用的目的。

生物敏感膜必须满足一定的性能，才能够达到实用的目的稳定性；可重复使用；能直接进行底物分析；操作简单；使用方便稳定性；可重复使用；能直接进行底物分析；操作简单；使用方便生物敏感膜的制备技术生物敏感膜的制备技术固定化技术固定化技术固定化技术固定化技术怎样才能够使得生物敏感膜满足以上特点？Slide 10生物敏感膜制备的固定化技术生物敏感膜制备的固定化技术生物敏感膜生物敏感膜载体生物活性物质7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-2 固定化技术固定化技术酶，辅酶，酶，辅酶，抗原，抗体，抗原，抗体，微生物菌体，微生物菌体，激素，抑制剂，激素，抑制剂，各种细胞器各种细胞器丙烯酰胺系聚合物，丙烯酰胺系聚合物，甲基丙烯系聚合物，甲基丙烯系聚合物，苯乙烯系聚合物，苯乙烯系聚合物，胶原，右旋糖酐，胶原，右旋糖酐，琼脂糖，纤维素，琼脂糖，纤维素，淀粉等天然高分子淀粉等天然高分子以及玻璃，矾土，以及玻璃，矾土，不锈钢等无机物不锈钢等无机物Slide 11例：酶的固定化方法例：酶的固定化方法例：酶的固定化方法例：酶的固定化方法固定化酶的制备方法、制备固定化酶的制备方法、制备材料多种多样，不同的制备方法材料多种多样，不同的制备方法和材料，固定化后酶的特性不同。

和材料，固定化后酶的特性不同对于特定的目标酶，要根据酶自对于特定的目标酶，要根据酶自身的性质、应用目的、应用环境身的性质、应用目的、应用环境来选择固定化载体和方法具体来选择固定化载体和方法具体包括：包括：(a)夹心法夹心法(b)吸附法吸附法(c)包埋法包埋法(d)共价连接法共价连接法(e)交联法交联法7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-2 固定化技术固定化技术图图 7.2.4 7.2.4 酶的固定化方法酶的固定化方法7-2-2 7-2-2 固定化技术固定化技术Slide 12（a a a a）夹心法）夹心法）夹心法）夹心法制备方法：制备方法：将生物活性材料封闭在双层滤膜之间将生物活性材料封闭在双层滤膜之间优点：优点：操作简单；操作简单；不需要任何化学处理；不需要任何化学处理；固定生物量大；固定生物量大；响应速度快；响应速度快；重现性好重现性好缺点：稳定性较差（酶膜）缺点：稳定性较差（酶膜）适用范围：微生物和组织膜适用范围：微生物和组织膜7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-2 固定化技术固定化技术图图 7.2.5 7.2.5 夹心法示意图夹心法示意图Slide 13（b b b b）吸附法）吸附法）吸附法）吸附法7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-2 固定化技术固定化技术制备方法：制备方法：通过非水溶性载体的物理吸附或通过非水溶性载体的物理吸附或离子结合，使蛋白分子固定。

离子结合，使蛋白分子固定优点：优点：不需要化学试剂；不需要化学试剂；对酶活性影响小对酶活性影响小缺点：分子易脱落固常与其他方法结缺点：分子易脱落固常与其他方法结合使用，如吸附交联法合使用，如吸附交联法适用范围：酶膜和免疫分子膜的制作适用范围：酶膜和免疫分子膜的制作图图 7.2.6 7.2.6 吸附法示意图吸附法示意图Slide 14（c c c c）共价连接法）共价连接法）共价连接法）共价连接法7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-2 固定化技术固定化技术制备方法：制备方法：酶分子通过共价键与不溶性载体酶分子通过共价键与不溶性载体结合而固定结合而固定优点：优点：结合牢固，蛋白质不易脱落；结合牢固，蛋白质不易脱落；载体不易被生物降解；载体不易被生物降解；使用寿命长使用寿命长缺点：操作繁琐，酶活性受影响缺点：操作繁琐，酶活性受影响图图 7.2.7 7.2.7 共价连接法示意图共价连接法示意图Slide 15（c c c c）共价连接法）共价连接法）共价连接法）共价连接法7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-2 固定化技术固定化技术酶蛋白上可供载体结合的功能基团有以下几种：酶蛋白上可供载体结合的功能基团有以下几种：（1 1）酶蛋白）酶蛋白N N末端的末端的-氨基或赖氨酸残基的氨基或赖氨酸残基的-氨基。

氨基2 2）酶蛋白）酶蛋白C C末端的末端的-羧基、天门冬氨酸残基的羧基、天门冬氨酸残基的-羧基以及羧基以及谷氨酸残基的谷氨酸残基的-羧基3 3）半胱氨酸残基的巯基半胱氨酸残基的巯基4 4）丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基的羟基丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基的羟基5 5）组氨酸残基的咪唑基组氨酸残基的咪唑基6 6）色氨酸残基的吲哚基色氨酸残基的吲哚基7 7）苯丙氨酸和酪氨酸残基的苯环苯丙氨酸和酪氨酸残基的苯环Slide 16必须注意，参加共价结合的氨基酸残基应当是酶催化活性非必需基团，如必须注意，参加共价结合的氨基酸残基应当是酶催化活性非必需基团，如若共价结合包括了酶活性中心有关的基团，会导致酶的活力损失若共价结合包括了酶活性中心有关的基团，会导致酶的活力损失d d d d）包埋法）包埋法）包埋法）包埋法7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-2 固定化技术固定化技术制备方法：制备方法：将酶分子或细胞包埋并固定在将酶分子或细胞包埋并固定在高分子聚合物三维空间网状结构高分子聚合物三维空间网状结构基质中优点：优点：一般不产生化学修饰，对分子一般不产生化学修饰，对分子活性影响小；活性影响小；膜的孔径和形状可以任意控制；膜的孔径和形状可以任意控制；被包埋物不易渗漏；被包埋物不易渗漏；底物分子可在膜中任意扩散。

底物分子可在膜中任意扩散缺点：分子量大的底物扩散困难缺点：分子量大的底物扩散困难图图 7.2.8 7.2.8 包埋法示意图包埋法示意图Slide 17（e e e e）交联法）交联法）交联法）交联法7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-2 固定化技术固定化技术制备方法：制备方法：依靠双功能试剂在分子间形成依靠双功能试剂在分子间形成交联而聚成网状结构交联而聚成网状结构优点：优点：操作简单；操作简单；结合牢固结合牢固缺点：固定化时需严格控制缺点：固定化时需严格控制pHpH，交联剂浓度，否则会使蛋白质中交联剂浓度，否则会使蛋白质中毒，酶分子会部分失活毒，酶分子会部分失活图图 7.2.9 7.2.9 交联法示意图交联法示意图Slide 18吸附法包埋法共价结合法交联法物理吸附法离子吸附法制备易易较难难较难结合程度弱中等强强强活力回收率高，但酶易流失高高低中等再生可能可能不可能不可能不可能固定化成本低低低高中等底物专一性不变不变不变可变可变表表 7.2.2 各种固定化方法的比较各种固定化方法的比较7-2 生物敏感膜与固定化技术生物敏感膜与固定化技术7-2-2 固定化技术固定化技术Slide 19具体的例子让我们打开书295页，看书上表7.3Slide 20 LBLBLBLB膜技术膜技术膜技术膜技术特点：特点：低温低压下制成高密度、分子排列方向一致的单分子层或双分子层超薄膜。

低温低压下制成高密度、分子排列方向一致的单分子。