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26#
发表于 2006-9-4 20:27
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我现在学的专业是分析生物化学,目的是以化学的方法来解决生物的问题,生物传感器为我的研究对象之一,这是我在一年级做的一个综述:
生物传感器是一门集微电子学、材料科学、生物技术等学科为一体的高新技术.它由分子识别元件(感受器)和与之结合的信号转换器件(换能器)两部分组成的分析工具或系统.前者可以是生物体成分(酶、抗原、抗体、激素、DNA)或生物体本身(细胞、细胞器、组织),它们能特异地识别各种被测物质并与之反应;后者主要有电化学电极、离子敏场效应晶体管(ISFET)、热敏电阻器、光电管、光纤、压电晶体(PZ)等,其功能为将敏感元件感知的生物化学信号转变为可测量的电信号.
生物传感器按不同依据有多种不同分类方法.其中按所用分子识别元件的不同,可分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等.酶传感器、微生物传感器是生物传感器的两个重要分支.早期研究的酶传感器具有优良特性,在医学检测等方面已达到实用化阶段,但由于酶一般是由微生物经过复杂的过程提取分离得到的,所以价格昂贵,且多数都不稳定.1975年Divies制成了第一支微生物传感器,由此开辟了生物传感器发展的又一新领域.与最早问世的酶电极相比较,微生物传感器的稳定性较好,使用寿命也较长,且价廉.微生物细胞中的酶因为仍处于它的自然环境中,这就增加了稳定性和活性,还免除了花费昂贵的酶纯化和辅助因素再生的步骤.另外,传感器的生物学成分可通过浸入生长基使之再生,因而有可能长时间地保持其生物催化活性,延长传感器的有效使用期限.微生物传感器的应用范围十分广泛,现已应用于发酵工业、环境监测、临床医学、食品检验等领域.微生物传感器具有广泛的发展前景.
微生物传感器是由固定化微生物膜和换能器紧密结合而成.常用的微生物有细菌和酵母菌.微生物细胞的固定化方法有吸附、包埋等物理方法和共价结合的化学方法.研究表明,化学方法常使微生物活性丧失,有待于改进.目前主要是通过液体培养、离心或过滤使微生物附着在一种膜上,例如,醋酸纤维素、撼纸、尼龙等膜.为了防止微生物从传感器末端漏出,可采用半渗透膜筱盖于检测头的末端.比较先进的固定化方法是利用能形成凝胶膜的大分子材料(如琼脂、动物胶、胶原等生物材料;聚丙烯酞胺、聚乙烯醉等化学材料)将微生物细胞包埋.1984年Fukui等利用改良聚乙烯醉(或称ENT/ENTP预聚合体)包埋微生物细胞,效果很好.分预聚合体的制备和近紫外光诱导包埋微生物两步完成.其特点是 l)包埋程序简单,条件宽松;(2)由聚丙二醉、经乙基丙烯酞脂和异佛尔酮二异氛酸盐形成的预聚合体不含对生物有毒的单体;(3)通过选择适当链长的预聚合体可以控制凝胶的孔径;(4)凝胶的物理化学特性(亲水性、琉水性及离子特性)可以在合成预聚合体过程中控制.1988年,Renneberg等采用聚乙烯醉作基体,使聚合作用能在可见光照射下进行,避免了近紫外光辐射对微生物的杀灭,而且包埋的微生物量容易控制.其储存和稳定性也比吸附到膜上的微生物好,有利于实用.
转换器件可以是电化学电极或场效应晶体管等,其中以电化学电极为转换器的称为微生物电极.微生物电极开发较早较成熟, 电化学换能器包括电位电极和电流电极.前者是在零电流条件下操作,溶液中的离子由敏感的膜电极电位的变化定量测定;后者是测量工作电极和参考电极之间恒定电位差产生的电流,也就是由电极活性物质产生的电流.在微生物传感器中,通常使用的电位电极包括离子选择性电极、气敏电极及场效应晶体管电极.离子选性电极已成功地用于H+,Na+,K+,Li+,Ca2十,Mg2+,NH4+等阳离子和CI-,F-,Br-,I-,HCO3-等阴离子及部分药物的检测.气敏电极有CO2,H2S,NH3等气敏电极.将微生物直接固定在场效应晶体管的门电极上,使微生物传感器达到微型化水平.其典型代表是Hanazato等利用两种氢离子敏感的场效应晶体管和一支铂丝参考电极制备的葡萄糖微生物传感器.在微生物电流电极所检测的物质中,多数为氧.其他可供选择介体的研究也有报道,例如苯醒、铁帆化物或吩嗦硫酸甲醋等.微生物细胞与电极之间的直接电子转移由细胞壁中的辅酶A作介体,利用此原理可直接测量细胞数目. |
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